فهرست مطالب

مهندسی مکانیک مدرس - سال پانزدهم شماره 7 (مهر 1394)

نشریه مهندسی مکانیک مدرس
سال پانزدهم شماره 7 (مهر 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/07/13
  • تعداد عناوین: 44
|
  • فریناز فروزش، علی اصغر جعفری صفحات 1-12
    در این مقاله هدف بررسی ارتعاشات غیرخطی پوسته استوانه ای دو سر مفصل ساخته شده از ماده آلیاژ حافظه دار سوپرالاستیک، تحت فشار داخلی هارمونیک متغیر با مکان و زمان است. بدین منظور جهت استخراج معادلات حرکت سیستم از تئوری تغییرشکل کلاسیک پوسته دانل و اصل همیلتون استفاده شده و برای مدلسازی رفتار ماده سوپرالاستیک از مدل سه بعدی بوید-لاگوداس و الگوریتم عددی نگاشت برگشتی استفاده شده است. همچنین برای حل معادلات از روش عددی تربیع دیفرانسیلی و روش عددی زمانی نیومارک بهره گرفته شده است. علاوه بر این، فرکانس های طبیعی پوسته برای حالت فاز آستنیت کامل به منظور مقایسه رفتار فرکانسی سیستم غیرخطی مورد مطالعه با حالت خطی آن (عدم انتقال فاز) در اطراف این فرکانس های طبیعی بدست آمده است. نمودارهای جابجایی شعاعی بر حسب موقعیت طولی نقاط و نیز نمودارهای جابجایی شعاعی بر حسب زمان و فرکانس نقطه بحرانی پوسته همراه با نمودارهای تغییر فاز آنها بر اساس تغییر شدت دامنه فشار اعمالی، استخراج شده و اثر شدت بار بر جابجایی، کسر حجمی مارتنزیت و خواص ماده نقاط پوسته مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج پاسخ فرکانسی سیستم مورد مطالعه در اطراف فرکانس های طبیعی حاصله، رفتار غیر خطی نرم شوندگی از خود نشان می دهند که این امر به واسطه کاهش استحکام ماده در حین تغییر فاز با اعمال تنش است. همچنین به منظور صحه گذاری روابط حاصله، نتایج جابجایی نقطه بحرانی پوسته در حالت فاز آستنیت کامل با نتایج نمونه شبیه سازی شده در نرم افزار المان محدود آباکوس مقایسه شده که همگرایی خوبی میان نتایج مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، پوسته استوانه ای، آلیاژ حافظه دار سوپرالاستیک، ماده غیرهمگن، روش تربیع دیفرانسیلی
  • محمود مهرداد شکریه، علیرضا شماعی کاشانی، رضا مسلمانی صفحات 13-21
    خواص مکانیکی مواد پلیمری بطور قابل توجهی وابسته به نرخ کرنش است. بنابراین، توسعه یک مدل ساختاری وابسته به نرخ کرنش برای بررسی رفتار مکانیکی این مواد مورد نیاز می باشد. در این تحقیق، ابتدا رفتار برشی پلیمر خالص و پلیمر تقویت شده با نانوالیاف کربن تحت نرخ های بارگذاری مختلف به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. سپس مدل ساختاری جانسون-کوک برای درنظر گرفتن رفتار برشی وابسته به نرخ کرنش پلیمر خالص اصلاح شده است. در ادامه، با معرفی رابطه ای مادی، اثر نرخ کرنش بر رفتار الاستیک ماده بررسی شده است. سپس با ترکیب معادله ساختاری جانسون-کوک اصلاح شده با مدل مایکرومکانیکی هالپین- تسای و با استفاده از نتایج آزمایش پلیمر خالص و خواص مکانیکی نانوالیاف کربن، رفتار مکانیکی وابسته به نرخ کرنش پلیمرهای تقویت شده با نانوالیاف کربن در نرخ کرنش و کسر حجمی دلخواه آن پیش بینی می شود. مدل ارایه شده جدید در این تحقیق، مدل ساختاری دینامیکی-مایکرومکانیکی نام گذاری گردیده است. نتایج پیش بینی شده برای پلیمرهای خالص و تقویت شده با نتایج آزمایشگاهی بدست آمده در این تحقیق و نتایج آزمایشگاهی موجود در مقالات دیگر مقایسه شده است. این مقایسه ها نشان می دهند که مدل ساختاری فوق به خوبی توانایی پیش بینی رفتار وابسته به نرخ کرنش پلیمرها را داراست.
    کلیدواژگان: معادله ساختاری، نرخ کرنش، مواد پلیمری، خواص برشی، مایکرومکانیک
  • مجید علی طاولی، هاشم بابایی، علی محمودی، علی گلباف، توحید میرزابابای مستوفی صفحات 22-30
    هدف از این مقاله، بررسی تجربی و تحلیلی چگالی نهایی، درصد تخلخل و توزیع چگالی قطعات تولیدشده با فرآیند تراکم پودر، تحت بارگذاری ضربه ای با نرخ پایین توسط سامانه چکش پرتابه ای است. در بخش تجربی، با استفاده از پودر آلومینیوم خالص، به بررسی تاثیرپذیری چگالی از اندازه دانه و سطوح انرژی متفاوت پرداخته می شود. در این راستا با تغییر مقادیر جرم و ارتفاع چکش اثر سطوح مختلف انرژی مورد آزمایش قرار می گیرد. در بخش تحلیلی، با در نظر گرفتن یک المان کوچک از قطعه در حال تراکم و استفاده از معادلات تعادل، معادله بقای جرم و معیار لوی میزز، رابطه ای برای چگالی نهایی قطعه به دست می آید. با استفاده از تحلیل آماری، تاثیر اندازه دانه و ضریب اصطکاک به عنوان دو عامل تاثیرگذار، به طور همزمان روی چگالی نهایی به دست آمده از حل تحلیلی، بررسی می شود. در گام بعدی، درصد تخلخل و توزیع چگالی در قطعات تولیدی به روش تحلیلی محاسبه و با مقادیر تجربی آن مقایسه می شود. تطابق قابل قبول بین نتایج تجربی و تحلیلی، صحت نتایج تحلیلی ارائه شده را نشان می دهد. همچنین با به کارگیری دو کمیت ثابت ضریب شکل و کار سختی در روابط تحلیلی، به بررسی اثرات این دو عامل بر درصد تخلخل و توزیع چگالی قطعات تولیدشده، پرداخته می شود.
    کلیدواژگان: بارگذاری ضربه ای، تراکم پودر، چکش پرتابه ای
  • مهرداد نوری خاجوی، محمدرضا باویر، ابراهیم فرخی صفحات 31-39
    آنتروپی در آمار، معیاری در جهت اندازه گیری بی نظمی در سری های زمانی می باشد. از آنتروپی جهت بررسی سیگنال های زمانی فیزیولوژیک استفاده می شود. به کمک این تحلیل می توان به عملکرد سالم یا ناسالم ارگان های بدن مانند قلب، مغز و... پی برد. از این روش برای تشخیص بیماری صرع استفاده شده است. در این مقاله برای اولین بار از نوع خاصی از آنتروپی به نام آنتروپی جایگشتی جهت تعیین سلامت سیستم های مکانیکی استفاده شده است. دستگاهی شامل موتور که به یک محور تحت گشتاور خمشی متصل شده جهت انجام آزمایشات طراحی و ساخته شد.ارتعاشات ناشی از این محور دوار در حالت های سالم و با ترک های 3، 5 و 7 میلی متر توسط دستگاه داده برداری بر روی یاتاقان های نگه دارنده محور، ثبت شد. این سیگنال ها توسط الگوریتم آنتروپی جایگشتی مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج حاصل از این پیش پردازش سیگنال های ارتعاشی به عنوان بردارهای خصوصیت به یک سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی (انفیس) داده شد. تعداد 9 خصوصیت از سیگنال آنتروپی چندمقایسی اسخراج شد که بعنوان ورودی های سیستم انفیس مورد استفاده قرار گرفت. سیستم انفیس طراحی شده توانست با تحلیل سیگنال های پیش پردازش شده حالات مختلف چهارگانه را با دقت بیش از 96% تشخیص دهد. نتایج به دست آمده از این تحقیق می تواند به عنوان روشی جدید و بدیع جهت عیب یابی سیستم های مکانیکی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: آنتروپی جایگشتی، سیگنال زمانی، انفیس، ترک عرضی، محور دوار
  • علی اکبر ملتانی شاهرخت، محمد جواد مغربی صفحات 40-52
    در پره های توربین بخار و شیپوره بخار، پیشگویی ناحیه تقطیر بسیار با اهیمت است. در شناسایی محل تقطیر به روش تعادلی، با برخورد جریان بخار به گنبد دو فاز، فاز دوم تشکیل شده و خواص جریان بدون هیچ پرشی از محل تقطیر عبور می نمایند، لذا پس از عبور از منحنی اشباع، تشکیل قطرات را شاهد می باشیم. اما در روش غیر تعادلی با افزایش یک فشار ناگهانی موسوم به شوک میعان، شاهد یک ناپیوستگی در مشخصه های جریان بوده و پس از عبور از منحنی اشباع، تشکیل قطرات آغاز می گردد.
    در این مقاله، تحلیل عددی یک جریان دو فاز بخار-مایع حدود صوت در یک شیپوره همگرا-واگرا همراه با شوک و در حالت بدون شوک صورت گرفت. اثرات لزجت، هندسه و دمای سکون ورودی به شیپوره با استفاده از روش های ترمودینامیکی تعادلی و غیر تعادلی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج عددی با نتایج تحربی مقایسه گردید. برای حل عددی جریان دو فاز بخار-مایع از روش عددی رو استفاده شده است. خواص اصلی جریان در مرز المان ها با دقت مرتبه سوم ماسل برونیابی شده وگسسته سازی زمانی با استفاده از روش صریح دو مرحله ای لکس-وندرف با دقت مرتبه دوم صورت گرفت. مشاهده می شود که نتایج حل غیر تعادلی تطابق بیشتری با نتایج تجربی دارد و چگالش در شیپوره ای زودتر آغاز می گردد که دارای نرخ انبساط بیشتری باشد. با افزایش دمای سکون ورودی به شیپوره، محل شروع چگالش جریان درطول شیپوره پیشروی می نماید. همچنین در جریان لزج در مقایسه با حالت غیر لزج محل تشکیل شوک به گلوگاه نزدیک تر می گردد.
    کلیدواژگان: شیپوره همگرا، واگرا، جریان دوفاز، شوک میعان، ترمودینامیک تعادلی، ترمودینامیک غیر تعادلی
  • امیر حسین شامخی، آزاده شریعتی، علی غفاری، سینا امیدفر صفحات 53-60
    در این مقاله کنترل ربات تعادلی دوچرخ بر اساس مدل بهبودیافته ربات ارائه شده است. مسئله ربات تعادلی دو چرخ به دلیل وجود قیود غیرهولونومیک، کمبود عملگر، ناپایداری ذاتی مسئله ای جالب و چالش برانگیز در علم دینامیک و کنترل می باشد. در پژوهشی که پیش از این توسط نویسندگان مقاله صورت گرفته، معادلات دینامیکی بهبودیافته ربات دوچرخ محاسبه و اعتبارسنجی شده است که تفاوت آن با مدلهای پیشین وجود یک ترم غیرخطی است. نشان داده شده که اگر ربات در مسیر غیرمستقیم حرکت کند، وجود این ترم غیرخطی در طراحی کنترلر تاثیر بسزایی دارد. در این مقاله از کنترلرهای مود لغزشی- تطبیقی بر مبنای دینامیک صفر استفاده شده است. این کنترلر به گونه ای طراحی شده است که می تواند بدنه ربات را در وضعیت تعادل نگاه دارد، در حالیکه خطای شتاب و موقعیت رو به جلو را صفر می کند و سرعت دورانی مطلوب را نیز برای ربات فراهم می سازد. در ادامه، با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف، لم باربالت و قضیه مجموعه های ناوردای لاسال اثبات شده، که سیستم مدار بسته به صورت مجانبی فراگیر پایدار است. نتایج شبیه سازی ها کارآمدی کنترلر ارائه شده را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ربات تعادلی دوچرخ، معادلات دینامیکی بهبودیافته، کنترلر مود لغزشی، تطبیقی، تئوری پایداری لیاپانوف، قضیه مجموعه های ناوردا
  • حسین گل پرور، سعید ایرانی صفحات 61-72
    در این مقاله پدیده فلاتر برای یک بال ذوزنقه ای بهمراه مخزن متصل به آن به روش های عددی و تجربی در جریان مادون صوت تراکم ناپذیر مورد مطالعه قرار گرفته است. سازه بال با استفاده براساس تئوری ورق فون کارمن مدلسازی شده است. سپس از روش گردابه های سه بعدی برای مدلسازی آیرودینامیک بال و تئوری آیرودینامیک اجسام باریک برای مدلسازی اثر آیرودینامیک مخزن استفاده شده است. در نهایت معادلات آیروالاستیک حاکم بر مسئله با در نظر گرفتن حرکت نوسانی بال حل شده است. جهت انجام آزمایشات تجربی از تونل باد مادون صوت تراکم ناپذیر استفاده شده است. مقایسه نتایج آزمایش تجربی با تحلیل تئوری تطابق مناسبی بخصوص در محاسبه رفتار آیروالاستیک بال را نشان می دهد. در ادامه اثر تغییر پارامتر هایی از قبیل ضخامت ورق، ضریب منظری بال، محل قرارگیری مخزن، وزن مخزن، آیرودینامیک مخزن، فاصله عمودی مخزن از بال و مرکز جرم مخزن بر روی سرعت فلاتر و مرز ناپایداری بال بصورت تجربی و تحلیلی بررسی شده است. نتایج نشان می دهدکه افزایش ضریب منظری و کاهش ضخامت بال باعث کاهش سرعت فلاتر می شود. همچنین تغییر محل قرار گیری مخزن بر روی سرعت فلاتر بال/مخزن تاثیر می گذارد. آیرودینامیک مخزن اثر چندانی بر روی اندازه سرعت فلاتر بال/مخزن ندارد و افزایش جرم مخزن باعث افزایش مقدار سرعت بی بعد فلاتر می شود. تغییر محل مرکز جرم مخزن بر روی سرعت فلاتر تاثیر گذار است.
    کلیدواژگان: آیروالاستیسیته، فلاتر، تونل باد، بال ذوزنقه ای، مخزن
  • آرمان سلیمیان، احسان فروزمهر، محسن بدرسمای صفحات 73-79
    ایجاد ایجاد تنش پسماند فشاری یکی از راه های بهبود عمر خستگی قطعات فلزی است. روش های متعدد و گوناگونی برای ایجاد این تنش پسماند فشاری وجود دارد، روش هایی مانند ساچمه کوبی و یا نوردکاری عمیق. یکی از جدیدترین و پیشرفته ترین روش های ایجاد تنش پسماند فشاری در قطعات صنعتی لیزرکوبی است. فرآیند لیزر کوبی، فرآیند جدید و نسبتا پیچیده ای است، بنابراین لازم است تا آزمایش ها متعددی بر روی آن انجام شده تا فرآیند بهتر شناخته شود. بدین منظور در این پژوهش از یک لیزر ان دی یاگ باانرژی پالس mJ1200 استفاده شد تا فرآیند لیزر کوبی به صورت تجربی روی آلیاژ آلومینیم6061- T6 انجام شود. تاثیر فرآیند بر روی سختی در عمق قطعه، ریزساختار، و زبری سطح مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین برای مطالعه اثر فرآیند روی شکاف روی سطح نیز یک سطح شکاف دار فرآوری شده و نتایج آن ارزیابی گردید. نتایج نشان دادند که فرآیند لیزر کوبی می تواند سختی ماده را تا عمق 1000 میکرون زیر سطح افزایش دهد. همچنین نتایج نشان داد که این فرآیند می تواند زبری سطح را کمی افزایش دهد که این افزایش با انتخاب پارامترهای مناسب می تواند محدود شود. لیزر کوبی یک قطعه دارای شکاف نشان داد که این فرآیند می تواند موجب رشد ترک در انتهای شکاف شود.
    کلیدواژگان: لیزر کوبی، لیزر Nd: YAG، تنش پسماند فشاری، زبری سطح، سختی ویکرز
  • علیرضا شاطرزاده، کامران فروتن صفحات 80-88
    تحلیل دقیق و عددی پوسته های تقویت شده در صنعت گامی موثر در جهت طراحی این گونه پوسته ها می باشد. در این مقاله، تحلیل دقیق رفتار پس کمانش پوسته های استوانه ای مدور نازک مدرج تابعی تقویت شده که توسط محیط الاستیک احاطه شده و تحت فشار خارجی قرار دارند، ارائه شده است. محیط الاستیک بر حسب دو پارامتر بستر الاستیک مدل پیشنهادی وینکلر و پاسترناک فرض شده است. تقویت کننده های طولی و حلقوی، داخلی می باشند. خواص پوسته و تقویت کننده ها مدرج تابعی در نظر گرفته شده است. روابط اساسی و معادلات تعادل بر اساس تکنیک تقویت کننده های تکه ای و تئوری کلاسیک پوسته و با توجه به روابط غیر خطی فن کارمن، به دست آمده است. یک عبارت سه جمله ای شامل شکل پیش کمانش، کمانش خطی و کمانش غیرخطی برای تقریب خیز انتخاب شده است که با استفاده از روش گالرکین، بار بحرانی و منحنی خیز-فشار پس کمانش محاسبه شده است. تاثیر پارامتر های متفاوت ابعادی، مد های کمانش، شاخص کسر حجمی ماده و تعداد تقویت کننده ها بررسی شده است. نتایج عددی نشان می دهد که تقویت کننده ها و بستر الاستیک باعث بالا بردن پایداری پوسته ها شده است. هم چنین افزایش ضخامت پوسته، کاهش شاخص کسر حجمی، بالابردن تعداد تقویت کننده های طولی و حلقوی و به کاربردن بستر الاستیک باعث افزایش بار بحرانی کمانش شده است.
    کلیدواژگان: پوسته استوانه ای مدرج تابعی، آنالیز غیر خطی، پوسته استوانه ای تقویت شده، پس کمانش
  • رضا ناظم نژاد، کامران کمالی، شاهرخ حسینی هاشمی صفحات 89-97
    در این پژوهش، با استفاده از مدل سازی پیوندهای واندروالسی بین دو لایه گرافن بر اساس تابع پتانسیل لنارد- جونز، مدول کششی- فشاری و مدول برشی بین لایه ای یک گرافن دو لایه به صورت تحلیلی محاسبه شده است. با تغییرات پارامتر عمق پتانسیل در تابع پتانسیل لنارد- جونز، که نشان دهنده قدرت پیوند می باشد، مدلی برای محاسبه ی مدول های درون صفحه ای و برون صفحه ای پیوندهای واندروالسی گرافن دو لایه ارائه شده است. هندسه ی یک گرافن دو لایه (آرمچیر یا زیگزاگ بودن و نحوه قرار گرفتن لایه ها بر روی یکدیگر) و مقدار پارامتر عمق پتانسیل دو پارامتر تعیین کننده در محاسبه مدول های پیوندهای واندروالسی می باشد. اساس این روش، حرکت دادن یک لایه گرافن بر روی دیگری و اندازه گیری تنش ها و کرنش های درون صفحه ای و برون صفحه ای می باشد. تمامی حرکت های لایه های گرافن نسبت به یکدیگر به گونه ای فرض شده است که تغییرات تنش و کرنش در ناحیه خطی بوده و شکست یا ایجاد پیوند جدید به سبب حرکت نسبی دو لایه رخ ندهد. برای اعتبارسنجی و بررسی دقت روش پیشنهاد شده، مقایسه ای بین نتایج بدست آمده از این روش با آنچه در مراجع گزارش شده است انجام گرفته است و صحت و دقت این روش تائید شده است. در انتها، برای تعدادی از پارامترهای عمق پتانسیل که در مقالات گزارش شده است، مدول برشی در دو راستای زیگزاگ و آرمچیر و برای دو لایه چینی ABA و AAA به همراه مدول کششی- فشاری محاسبه شده و رابطه ای فرم بسته برای محاسبه این مدول ها بر حسب پارامتر عمق پتانسیل ارائه شده است.
    کلیدواژگان: روش هندسی، تحلیلی، گرافن دو لایه، پیوندهای واندروالسی، مدول برشی، مدول کششی، فشاری
  • یونس جاوید، محمد جواد ترکمنی، مجید قریشی* صفحات 98-106

    فرآیندهای لیزری به صورت گسترده ای جهت بهبود خواص سطحی قطعات و اجزا مورد استفاده قرار می گیرند. فرآیند روکش کاری با استفاده از پرتو لیزر روش نسبتا جدیدی است که می تواند جهت بهبود خواص سطحی به کار رود. در این پژوهش، روکش کاری سطح سوپرآلیاژ پایه نیکل اینکونل 718 توسط پودر کاربید تنگستن به روش پیش نشانی با استفاده از لیزر Nd:YAG مورد بررسی قرار گرفته است. توان متوسط لیزر، عرض پالس، فاصله ی نقطه ی کانونی از سطح قطعه و پارامترهای پیش نشانی به عنوان پارامترهای ورودی می باشند؛ درحالی که میزان رقیق شدن پوشش، عمق ذوب شدگی از قطعه، میزان تخلخل پوشش و تعداد ترک های عرضی ایجاد شده در پوشش خروجی فرآیند می باشند. نتایج تجربی نشان می دهد که چگالی انرژی لیزر بر روی سطح زیرلایه مهمترین پارامتری می باشد که تعداد ترک های عرضی را تحت تاثیر قرار می دهد. همچنین تغییر میزان توان متوسط لیزر بیشترین تاثیر را بر روی میزان رقیق شدگی پوشش و تخلخل آن دارد. بعلاوه، در روکش کاری سطوح بزرگ تر، همپوشانی به میزان 50% بین پاس های مجاور، بهترین نتایج را حاصل می کند. نتایج تجربی نشان می دهند که با تنظیم دقیق پارامترهای مربوط به روکش کاری لیزری می توان به یک پوشش مناسب دست یافت. با مقایسه ی نتایج حاصل از این روش و روش های سنتی می توان نتیجه گرفت که روکش کاری لیزری می تواند به عنوان یک روش جایگزین مناسب جهت ایجاد پوشش بر روی سطوح مواد مطرح گردد.

    کلیدواژگان: روکش کاری لیزری، پیش نشانی، رقیق شدن پوشش، چگالی انرژی
  • رضا تاری نژاد، مهران پورقلی صفحات 107-118
    اصلی ترین دلیل خطا در شناسائی سیستم با استفاده از نتایج آزمایش های ارتعاش محیطی وجود نویز های محیطی و اندازه گیری و همچنین در نظر نگرفتن تحریک ورودی است. به همین جهت همواره یکی از اهداف اصلی ارائه تکنیک های جدید در حوزه ارتعاشات محیطی، کاهش عدم قطعیت پاسخ ها می باشد. در بین روش های آنالیز مودال محیطی، زیر فضای تصادفی به عنوان قدرتمندترین روش شناخته شده، مورد توجه است. در این تحقیق با استفاده از تکنیک تحلیل همبستگی استاندارد، روش آنالیز مودالی در حوزه زیر فضای تصادفی ارائه شده که بجای حل مسئله در فضای داده های آزمایش، با استخراج بردارهای پایه ارتو نرمال فضای داده ها، شناسائی را در فضای بهینه انجام می دهد. از مزایای این روش با توجه به ماهیت تحلیل همبستگی، نویز کمتر در نتیجه دقت بیشتری در برآورد مشخصات مودال می باشد. بعلاوه به دلیل انجام شناسائی در فضای کوچکتر در مقایسه با روش های قبلی، فرآیند حل سرعت بیشتری نیز دارد. برای صحت سنجی روش ارائه شده، از مدل قاب دو بعدی تحریک شده تحت شتاب زلزله السنترو و همچنین از نتایج آزمایش ارتعاش محیطی انجام گرفته بر روی پل دره آلاموسا، استفاده شده است. نتایج نشان می دهدکه این روش علاوه بر حذف نویزهای بیشتر در مقایسه با روش های زیرفضای قبلی، دارای سرعت تحلیل بسیار بالائی در مسائل واقعی می باشد؛ به طوریکه فرآیند محاسبه پارامترهای دینامیکی و رسم اشکال مودی پل دره آلاموسا با 30 سنسور نمونه برداری، بعد ماتریس حالت 750 و تحریک 50 مد، با پردازنده 5 هسته ای با سرعت30/ 2 گیگا هرتز در کمتر از150 ثانیه انجام گرفته است.
    کلیدواژگان: زیرفضای تصادفی، تحلیل همبستگی کانونی، فضای حالت، ماتریس هانکل
  • حامد رحمتی پور، احمدرضا عظیمیان * صفحات 119-130

    در زمینه فناوری نانو، انتقال سیال در مجاری از اهمیت بالایی برخوردار است و با توجه به محدودیت های آزمایشگاهی در تحلیل رفتار جریان در مقیاس نانو از شبیه سازی-های عددی استفاده می شود. از این رو در این پژوهش با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی که یک روش دقیق برای سیستم های مولکولی بر مبنای قانون دوم نیوتن است برای بررسی رفتار جریان سیال آرگون در جریان کوئت پایدار درون نانوکانال های صاف و زبر مورد مطالعه قرار گرفته است. شبیه سازی های این پژوهش با استفاده از نرم افزار لمپس انجام شده است. در تحقیق حاضر، به منظور بررسی تغییرات سرعت سیال و لغزش سیال در جریان کوئت پایدار تاثیر عوامل مختلفی چون سرعت دیواره، ارتفاع کانال، چگالی دیواره، تقابل بین ذرات سیال-دیوار و همچنین تغییر هندسه زبری سطح از جمله زبری مستطیلی و مثلثی در ابعاد و اندازه های مختلف بررسی شده است. بر اساس نتایج بدست آمده در این پژوهش افزایش سرعت دیواره، لغزش سرعت سیال را افزایش می دهد. به ازای مقادیر ثابت سرعت دیواره، افزایش ارتفاع کانال باعث کاهش لغزش سرعت سیال می شود. برای جریان کوئت پایدار کاهش چگالی دیوار، باعث کاهش لغزش سرعت سیال می شود. با کاهش پارامتر انرژی، لغزش سرعت سیال افزایش و با کاهش پارامتر طولی، لغزش سرعت سیال کاهش پیدا می کند. اعمال زبری های مستطیلی و مثلثی به دیوار پایین باعث کاهش لغزش سرعت سیال می شود، همچنین با افزایش ارتفاع زبری لغزش سرعت سیال بیشتر کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی دینامیک مولکولی، جریان کوئت، زبری سطح، نانو کانال
  • مرتضی سروری، مهدی دیواندری صفحات 131-138
    مصرف قطعات منیزیمی و آلومینیمی با هدف کاهش وزن نهایی قطعات در صنایع مختلف به طور روز افزون افزایش یافته است. در این پژوهش ریخته گری جفت فلزی آلومینیم- منیزیم در حالت ذوب ریزی مذاب آلومینیم درون جامد منیزیم به شکل استوانه ی توخالی در ابعاد، ارتفاع 35 میلی متر و قطر داخلی و خارجی 84 و 76 میلی متر، در سرعت های دوران 1200 و 1600 دور بر دقیقه، نسبت های حجمی مذاب- جامد 9/ 0، 6/ 1 و 7/ 2 و دماهای پیش گرم 30، 120، 150 و 200 درجه ی سانتی گراد به-وسیله ی دستگاه ریخته گری گریز از مرکز عمودی انجام شد و فصل مشترک تشکیل شده مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. در خلال ریخته گری رفتار مذاب آلومینیم تابع نیروهای گرانشی، گریز از مرکز، کوریولیوس و هم چنین دمای پیش گرم جامد است. در این حالت تفاوت در میزان انقباض آلومینیم و منیزیم، نسبت به یکدیگر، منجربه ایجاد اتصال مکانیکی می شود. بررسی های آنالیز میکروسکوپ الکترونی مجهز به طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(EDS) و آنالیز پراش اشعه ی ایکس (XRD)، آن نشان داد که مقدار آلومینیم در فصل مشترک از سمت منیزیم به طرف آلومینیم طوری افزایش یافته که باعث ایجاد گرادیان غلطتی و تشکیل ترکیبات بین فلزیAl3Mg2 و Al12Mg17 و ساختار یوتکتیک، مطابق دیاگرام تعادل، می شود.
    کلیدواژگان: فصل مشترک، نیروهای انقباضی، آلومینیم، منیزیم، اتصال مکانیکی
  • حسام خوافی، حبیب احمدی * صفحات 139-148

    ربات های دوپا یکی از انواع ربات های پادار است که یافتن مسیر پایدار، یکی از موضوعات محوری برای آنها می باشد. به منظور تقلید گام انسان این ربات ها اساسا به واسطه تعداد درجات آزادی بالا دارای پیچیدگی زیادی هستند. هدف اصلی این مقاله طراحی مسیر گام پایدار برای یک ربات 9 عضوی به کمک معیار پایداری نقطه گشتاور صفر است. ربات استفاده شده در این مقاله دارای 16 مفصل فعال با دو مفصل پنجه می باشد. یکی از ویژگی های راه رفتن درانسان برای ایجاد گام های بلندتر استفاده از حالتی است که درآن کف پا حول مفصل پنجه دوران می کند. در این مقاله از گامی استفاده می شود که همانند انسان در لحظاتی از حرکت، پای تکیه گاه ربات حول این مفصل به صورت فعال دوران می کند. برای حصول به معادله اولیه قابل قبولی برای حرکت ربات از قیدی برای حدس اولیه حرکت لگن استفاده می شود. سپس به کمک الگوریتم جدیدی، مسیر حرکت مفاصل ربات محاسبه می شود. در نهایت با بررسی پایداری نقطه گشتاور صفر ربات و به کمک الگوریتمی مبتنی بر آزمون و خطا، مسیرهای مطلوب ربات دوپا به دست می آید.

    کلیدواژگان: ربات دوپا، سینماتیک و دینامیک ربات، نقطه گشتاور صفر
  • مسعود آقاخانی، آرش نیک زاد صفحات 149-159
    یکی از مشخصه های کیفیت اتصالات جوش شده در جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GMAW) ارتفاع جوش (WH) می باشد. این مقاله بر یک مطالعه ی آزمایشگاهی که به منظور دستیابی به یک مدل با استفاده از شبکه ی عصبی مصنوعی (ANN) برای پیش بینی WH در فرآیند GMAW با حضور نانوذرات TiO2 انجام شد، تاکید دارد. برای مدلسازی، ولتاژ قوس، جریان جوشکاری، سرعت جوشکاری، درصد گاز آرگون در ترکیب گاز Ar و CO2 و ضخامت نانوذرات TiO2 به عنوان پارامترهای ورودی و WH به عنوان پارامتر خروجی در نظر گرفته شدند. در آزمایش ها ماتریس طراحی دالرت به منظور جمع آوری داده استفاده شد. مدل ANN ایجاد شد و توسط 5 آزمایش خارج از ماتریس طراحی ارزیابی شد. نتیجه ی قابل توجه این مطالعه مکانیزم تمرکز قوس به علت اثرات متقابل بین پارامترهای ورودی جوشکاری و نانوذرات TiO2 می باشد. علاوه براین نتایج نشان داد که افزایش ضخامت نانوذرات TiO2 تا حدود mm 9/0 ارتفاع جوش را افزایش داد درحالیکه در ادامه با افزایش بیشتر ضخامت تا mm 1 ارتفاع جوش کاهش یافت. در حقیقت این تغییر در ارتفاع جوش می تواند به علت آزاد شدن اکسیژن ناشی از تجزیه ی گرمایی نانوذرات TiO2 و CO2 روی سطح حوضچه ی مذاب باشد، که کشش سطحی را تحت تاثیر قرار داد و در نهایت جهت جابجایی مارانگونی جریان سیال را در حوضچه ی مذاب تغییر داد و در نتیجه بر WH تاثیر گذاشت. در روش ANN، MSEvalidation=0.0066، MSEvalidation=0.0063 و MSEtest=0.0093 می باشد. درنهایت نتیجه گرفته شد که ANN یک روش دقیق برای پیش بینی ارتفاع جوش می باشد.
    کلیدواژگان: نانوذرات TiO2، ماتریس طراحی دالرت، فرآیند GMAW، ارتفاع جوش، شبکه ی عصبی مصنوعی
  • مهدی زارع مهرجردی، اصغر دشتی رحمت آبادی، رضا رشیدی میبدی صفحات 160-172
    یاتاقان های ژورنال روغنی یکی از متداول ترین اجزاء ماشین های دوار تحت بارگذاری سنگین به شمار می آیند. عوامل متعددی نظیر تغییر در شرایط بارگذاری و روانکاری می تواند بر پایداری دینامیکی این گروه از یاتاقان ها تاثیرگذار باشد. از این رو شناخت پاسخ دینامیکی یاتاقان های ژورنال در شرایط مختلف می تواند به بهبود فرآیند کنترل، عیب یابی و پیشگیری از قرارگیری سیستم های یاتاقان و روتور در شرایط عملکردی بحرانی منجر گردد. نابالانسی جرمی روتور از دیرباز به عنوان یکی از عوامل موثر بر رفتار دینامیکی و طول عمر انواع تکیه گاه های یاتاقانی مطرح بوده است. به همین دلیل در پژوهش حاضر تاثیر این پارامتر بر پایداری یاتاقان ژورنال هیدرودینامیکی غیرمدور دو لب با روانکار میکروپلار با استفاده از مدل تحلیلی دینامیکی غیرخطی ارزیابی شده است. برای رسیدن به این هدف، در ابتدا معادله رینولدز حاکم بر روانکاری یاتاقان های ژورنال هیدرودینامیکی با سیال تراکم ناپذیر بر پایه تئوری سیال میکروپلار اصلاح شده و معادلات جابجایی دینامیکی روتور صلب نیز با فرض وجود نابالانسی جرمی استخراج گردیده اند. حل همزمان معادله رینولدز و معادلات حرکت روتور، توزیع فشارهای پایا و دینامیکی ایجاد شده در فیلم سیال روانکار و مولفه های جابجایی، سرعت و شتاب مرکز روتور را بدست می دهد. ارزیابی نتایج در قالب نمودارهای مسیر دینامیکی، طیف توانی، دیاگرام دوشاخه گی و نگاشت پوانکاره از بروز رفتارهای دینامیکی متفاوت یاتاقان های دو لب با تغییر میزان نابالانسی جرمی روتور حکایت دارد. پاسخ سیستم دینامیکی مورد بررسی، نوسانات همگرا به نقطه تعادل استاتیکی، رفتارهای پریودیکی، KT پریودیکی، شبه نوسانی و همچنین اغتشاشات واگرای منجر به برخورد روتور و پوسته یاتاقان را شامل می گردد.
    کلیدواژگان: پایداری دینامیکی، یاتاقان ژورنال غیرمدور دو لب، نابالانسی جرمی روتور، روانکار میکروپلار، دیاگرام دوشاخه گی
  • داود سلیمی مجد، مرتضی حلمی، بیژن محمدی * صفحات 173-180

    کامپوزیت های پلیمری، بخاطر داشتن نسبت استحکام به وزن بالا و خواص جهتی شان، کاربردهای مهندسی زیادی به ویژه در صنایع هوایی دارند. با این حال به دلیل خواص متفاوت اجزای این مواد، پیش بینی تخریب آن ها به ویژه تحت بارگذاری متناوب دشوار می باشد. هدف از انجام این تحقیق، ارائه یک روش جدید برای پیش بینی تخریب خستگی درون لایه ای کامپوزیت های الیافی بر پایه مکانیک خرابی محیط پیوسته می باشد. در این پژوهش برای در نظر گرفتن تاثیر عیوب میکروسکوپی در سه جهت مادی، سه متغیر وضعیت داخلی ماده تحت عنوان متغیرهای آسیب در چارچوب علم ترمودینامیک تعریف شده است. مدل ارائه شده در این تحقیق، توانایی این را دارد که با در نظر گرفتن رشد آسیب در سه جهت، تخمین مناسبی از عمر خستگی کامپوزیت های چند لایه ارائه دهد. بدین منظور یک حل بسته بر پایه روش انرژی و در چارچوب مکانیک خرابی ارائه شده است، به گونه ای که تفاوت تخریب در جهات مختلف را نیز لحاظ می نماید و در عین حال مستقل از لایه چینی می باشد. مدل مزبور با استفاده از ماده نوشته شده توسط کاربر(Usermat)، در نرم افزار Ansys پیاده سازی شده است. حسن استفاده از این روش این است که با داشتن مشخصات استاتیکی و خستگی برای چندلایه تک جهته، می توان عمر خستگی را برای شرایط مختلف بارگذاری و برای هر نوع لایه چینی محاسبه کرد. نحوه مشخصه سازی ثوابت مدل بیان شده و سپس برای یک ماده مرکب معین ثوابت محاسبه شده اند. مقایسه نتایج پیش بینی شده توسط مدل ارائه شده با نتایج آزمایشی موجود، نشان از دقت مناسب مدل دارد.

    کلیدواژگان: عمر خستگی، کامپوزیت چند لایه، مکانیک خرابی محیط پیوسته، متغیر آسیب
  • رضا کامیاب متین، حجت قاسمی*، عباس ابراهیمی صفحات 181-187

    این مقاله به بررسی تجربی میدان جریان روی یک ایرفویل بلانت می پردازد. برای این کار از سیستم اندازه گیری PIV مبتنی بر ساختارهای لحظه ای جریان استفاده شده است تا امکان مشاهده و بررسی دو بعدی جریان حول ایرفویل در لحظات مختلف فراهم شود. این مطالعه برای جریان با اعداد رینولدز بسیار کم (کوچک تر از 4500) انجام شده است. این رژیم جریان بسیار نزدیک به رژیم حاکم در شرایط پروازی هواپیماهای بدون سرنشین در مقیاس میکرو است. به منظور اعتبار سنجی روش به کار برده شده، جریان حول استوانه مورد بررسی قرار گرفته است و در ادامه میدان های سرعت لحظه ای و سرعت متوسط، خطوط جریان و میدان ورتیسیتی متوسط حول ایرفویل های ساده و بلانت بدست آمده است. نتایج نشان می دهند که تفاوت هایی در ساختارهای گردابه ای و ابعاد ناحیه جدایش برای ایرفویل با بلانت نسبت به ایرفویل ساده وجود دارند. ضمن اینکه جدایش جریان در هر دو حالت ایرفویل ساده و ایرفویل دارای بلانت در زاویه حمله 5 درجه رخ داده است. همچنین تشکیل گردابه ها در ناحیه جدایش و موقعیت آن ها و نحوه چرخش آن ها در زمان های مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: روش PIV، ایرفویل بلانت، رینولدز بسیار کم، ناحیه جدایش، سرعت های لحظه ای
  • علیرضا فریور، محمدرضا ذاکرزاده صفحات 188-198
    هدف از این مقاله نحوه طراحی، ساخت و کنترل ربات دو چرخ تعادلی است. در ابتدا تاریخچه ربات های تعادلی، نحوه کنترل آن ها و پژوهش های صورت گرفته در این حوزه مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه، تحلیل یک شاسی از نظر ابعاد و جنس برای ربات انجام شده و معادلات حاکم بر ربات بر اساس طراحی صورت گرفته محاسبه می شود. سپس پارامترهای ربات توسط آزمایشات مختلف اندازه گیری شده و یا از برگه مشخصات قطعه استخراج می شود و در معادلات جایگذاری می گردد. معادلات بدست آمده ساده شده و توابع تبدیل آنها از نظر پایداری ربات بررسی می گردد. در این ربات تعادلی از دو فیلتر کالمن ساده شده و فیلتر تکمیل کننده برای تشخیص زاویه انحراف از حالت عمود توسط تلفیق داده حسگر های شتاب سنج و ژیروسکوپ استفاده شده است. در ادامه کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقگیر و توابع تبدیل ربات در نرم افزار متلب شبیه سازی شده است. سپس ضرایب کنترل کننده برای متعادل شدن ربات ساخته شده، یک بار توسط تنظیم خودکار ضرایب در نرم افزار متلب و بار دیگر به صورت تجربی تعیین شده و نتایج در هر مرحله با یکدیگر مقایسه می شود. در پایان مدار الکترونیکی کنترل ربات توسط میکرو کنترلر به همراه سنسور تشخیص زاویه و ارتباط سریال با کامپیوتر برای تحلیل نتایج طراحی شده است.
    کلیدواژگان: ربات دوچرخ، کنترل کننده تناسبی انتگرالی مشتقگیر، فیلتر کالمن، شتاب سنج، ژیروسکوپ
  • حبیب الله فاتح نوبندگانی، کیومرث مظاهری * صفحات 199-208

    کوره های دوار سیمان به طور گسترده برای تبدیل مواد خام به کلینکر مورد استفاده قرار می گیرند. کارکرد این کوره فرآیندی پیچیده و شامل پدیده های گوناگونی است که مهمترین آن ها جریان واکنشی مواد بستر، احتراق آشفته سوخت گازی و تشعشع در یک بدنه دوار و اندرکنش حرارتی و جرمی بین بخش های مذکور هستند. در کار حاضر با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی، یک مدل عددی برای این کوره ارائه شده است که در آن سه ناحیه احتراق، واکنش مواد بستر و بدنه کوره لحاظ شده است. با شبیه سازی دوبعدی متقارن محوری این کوره با استفاده از این مدل، مدل های احتراقی واکنشگاه نیمه مخلوط، اتلاف گردابه و مدل کسر مخلوط در کوره های دوار سیمان، با استفاده از یک شبکه محاسبات موازی مورد مطالعه قرار گرفت. با توجه به محدوده زیاد عدد دامکولر در میدان کوره (0.7<Da<17) انتخاب مدل احتراقی مناسب دشوار می باشد. نتایج نشان دادند که از لحاظ زمان اجرا، مدل واکنشگاه نیمه مخلوط زمان برترین و مدل کسر مخلوط سریع ترین مدل می باشند، در حالی که هر دو مدل فیزیک جریان را نیز به خوبی پیش بینی می کنند.

    کلیدواژگان: کوره دوار سیمان، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل های احتراقی
  • یعقوب دادگراصل، مهدی تاجداری، بهنام داودی، روح الله عزیزی تفتی، ولی الله پناهی زاده رحیملو، حسن مسلمی نایینی* صفحات 209-214

    یکی از مسائل بسیار مهم در بررسی فرآیند شکل دهی غلتکی سرد فلزات، برآورد گشتاور مورد نیاز شکل دهی می باشد. با دانستن عوامل تاثیرگذار روی گشتاور، می توان بهینه ترین خط تولید را طراحی نمود. از پارامترهای اساسی تاثیرگذار بر گشتاور مورد نیاز در شکل دهی غلتکی سرد می توان به جنس، ضخامت ورق، زاویه شکل دهی، شرایط روانکاری، سرعت دورانی غلتک و فاصله ایستگاه ها اشاره نمود. هدف از این مطالعه پیش بینی مقدار گشتاور مورد نیاز شکل دهی با در نظر گرفتن عوامل تاثیرگذار روی گشتاور شامل، استحکام تسلیم، ضخامت و عرض ورق و زاویه شکل دهی، با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی می باشد. بدین منظور فرآیند شکل دهی به صورت سه بعدی در نرم افزار اجزای محدود مارک منتات شبیه سازی شد. نتایج شبیه سازی ها نشان داد که با افزایش استحکام تسلیم، زاویه شکل دهی و ضخامت، گشتاور وارد شده به غلتک ها زیاد می شود. همچنین افزایش عرض ورق با فرض ثابت بودن طول ناحیه کف، باعث کاهش گشتاور مورد نیاز برای شکل دهی می شود. طی یک سری آزمایش های تجربی تاثیر ضخامت و عرض ورق مورد بررسی قرار گرفت که داده های حاصل، نتایج شبیه سازی های اجزای محدود را به خوبی تایید نمود. شبکه عصبی پس انتشار خطا با یک لایه مخفی برای پیش بینی گشتاور موردنیاز شکل دهی ایجاد شد، مقایسه بین نتایج شبیه سازی و شبکه عصبی نشان داد که شبکه آموزش داده شده می تواند مقدار گشتاور مورد نیاز شکل دهی را بخوبی پیش بینی نماید.

    کلیدواژگان: شکل دهی غلتکی سرد، گشتاور، شبکه های عصبی مصنوعی، شبیه سازی اجزای محدود
  • موسی بلالی اوصیا، سید جمال حسینی پور، محمد بخشی جویباری، عبدالحمید گرجی صفحات 215-226
    در سال های اخیر به دلیل مزایای عمده صفحات دوقطبی فلزی استفاده از این صفحات در پیل های سوختی مورد استقبال قرار گرفته است. پژوهش های گوناگونی پیرامون روش های مختلف شکل دهی این صفحات صورت گرفته است. عمده این پژوهش ها بر روی الگوی مسیر جریان شیاری بوده است. در حالیکه در برخی از موارد که میزان افت فشار در مسیر جریان از اهمیت بالایی برخوردار می باشد، الگوی مسیر جریان پین شکل عملکرد مناسبی از خود نشان می دهد. در این پژوهش شکل دهی صفحات دوقطبی فلزی از جنس فولاد زنگ نزن 304 با ضخامت 11/0 میلیمتر و با الگوی پینی به کمک فرآیند هیدروفرمینگ بطور تجربی و شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. متغیرهای مورد مطالعه شامل اثر زاویه دیواره قالب، اندازه پخ لبه پین، نسبت عمق به عرض پین و فشار شکل دهی بر روی توزیع ضخامت و درصد پرشدگی پروفیل می باشد. به این منظور دو قالب با زاویه دیواره صفر و 15 درجه با مقطع دایره ای تهیه شد. سپس به کمک واحد اعمال فشار در فشارهای مختلف تست های آزمایشگاهی انجام شد. پس از انجام آزمایش های مورد نظر و بررسی نتایج مشخص گردید که وجود زاویه در دیواره قالب باعث توزیع یکنواخت تر ضخامت و دقت بالاتر پروفیل قطعه شکل یافته شده است. همچنین محدوده مناسب برای هر یک از پارامترهای هندسی قالب تعیین گردید.
    کلیدواژگان: صفحات دوقطبی فلزی، هیدروفرمینگ، زاویه دیواره، فشار شکل دهی، ابعاد پخ
  • حسن کریمی، بابک افضلی صفحات 227-238
    لوله تشدید هارتمن-اسپرنجر دستگاهی است که در آن یک جت فرومنبسط وارد لوله ای با انتهای بسته می شود که در فاصله ای مشخص از دهانه خروجی نازل قرار دارد. با توجه به بسته بودن انتهای لوله و تداوم جریان جت، تحت شرایط خاصی این جریان می تواند منجر به تولید حرارت و افزایش دمای قابل توجه در گاز به دام افتاده داخل لوله شود. پژوهش حاضر به تحلیل عددی جریان در فازهای مختلف فرآیند نوسانی در یک لوله تشدید نمونه می پردازد. روش کار بدین ترتیب است که ابتدا با توجه به شناخت فیزیکی از مساله، مدل عددی مناسب تولید شده و سپس با انجام مراحل حل عددی، نتایج حاصله در بخش های مختلف جریان مورد تحلیل قرار می گیرند. نتایج این تحلیل ها تطابق قابل قبولی با آزمایشات انجام شده دارد. نتایج نشان می دهد که فرآیند از دو بخش گذرا و شبه پایدار تشکیل شده است. در بخش گذرای جریان، تغییرات به مراتب شدیدتر از بخش شبه دائم است. میزان تولید و اتلاف حرارت در هر یک از این دو بخش با دیگری متفاوت است. در مجموع عامل اصلی تولید حرارت، عبور موج های تراکمی از نقاط درون لوله تشدید است که به طور دوره ای تکرار می شوند. همچنین مکانیزم اصلی اتلاف حرارت، جابجایی جرم و انتقال حرارت از دیواره های لوله است. تحلیل های انجام گرفته منجر به افزایش آگاهی از مکانیزم جریان و تولید حرارت درون لوله تشدید هارتمن-اسپرنجر شده و ابهامات موجود را کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: لوله هارتمن، اسپرنجر، تولید حرارت متمرکز، امواج تراکمی، لوله تشدید
  • محمدرضا انصاری، رضا آزادی، سحر کیانی حق گو صفحات 239-247
    پژوهش حاضر با هدف بررسی رفتار هیدرودینامیکی الگوهای اسلاگ در لوله ای از جنس اکریلیک شفاف، به قطر داخلی mm 40 و طول m 33/3 انجام شده است. برای انجام آزمایش ها از سیستم آزمایشگاهی عمودی ساخته شده در دانشگاه تربیت مدرس تهران استفاده شده است. به کمک تکنیک پردازش تصویر، فیلم های برداشت شده از ساختار جریان بررسی شده و مشخصه هایی هم چون طول و سرعت میانگین حباب تیلور و اسلاگ مایع بین آن ها به دست آمده است. هم چنین مسیر میانگین حرکت دماغه حباب تیلور در این قطر لوله نیز برای محدوده مشخصی از طول لوله استخراج شده است. بررسی نمودارهای چگالی احتمال به دست آمده نشان می دهد که افزایش طول حباب تیلور رابطه مستقیمی با طول اسلاگ مایع دارد و حباب های تیلور با طول کوچک تر سرعت صعود بالاتری دارند. هم چنین با توجه به نتایج حاصل، دماغه حباب از محدوده 20% ± اطراف محور مرکزی لوله تجاوز نمی کند. رابطه ای تجربی بر اساس سرعت حرکت حباب تیلور و مجموع سرعت های ظاهری فازها ارائه شده است که نشان می دهد رابطه معروف نیکلین برای این قطر لوله ناکارآمد است.
    کلیدواژگان: جریان دوفازی، لوله عمودی، حباب تیلور، اسلاگ مایع
  • عباس شفیعی، محمدتقی احمدیان*، حسام هورسان، مریم هویت طلب صفحات 248-260

    آسیب های ضربه مغزی، به عنوان یکی از ناشناخته مانده ترین عوامل اختلالات مغزی و مرگ و میر در جهان همواره مورد مطالعه بوده است. به علت محدویتی که در مطالعات آزمایشگاهی به طور مستقیم روی سر انسان وجود دارد، ارائه مدل المان محدود سر با مشخصات هندسی و خواص مکانیکی دقیق در این زمینه ضروری به نظر می رسد. در این پژوهش، پس از مطالعه بر روی خواص مکانیکی بافت های سر و مدل های المان محدود ارائه شده، ابتدا خواص دقیق ویسکوهایپرالاستیک مغز با استفاده از نتایج آزمایش روی بافت مغزی گاو استخراج گردید و ضرایب مدل ساختاری چند جمله ای کاهش یافته مرتبه 2 به عنوان متناسب ترین مدل هایپرالاستیک و ضرایب سری پرونی جهت معرفی خواص ویسکوالاستیک بافت مغز بیان گردید. سپس ضرایب هایپرویسکوالاستیک به دست آمده با مطالعات گذشته و تحلیل المان محدود مقایسه شد. در ادامه با استفاده از تصاویر سی تی و ام آر آی سر انسان، مدل المان محدود سر ساخته شده و با اعمال شتاب دورانی و خطی به صورت ناگهانی، مدل المان محدود سر اعتبارسنجی گردیده است. در پایان، شتاب های چند برابر گرانش به مدل اعمال شده و مرز آسیب عدم هوشیاری ناشی از شتاب چند برابر گرانش، با معیار های معتبر آسیب همچون معیار جراحت سر و بیشینه فشار مغزی به صورت کمی بیان شد. نتایج نشان می دهد، فشار مغزی بیشتر از 1/ 3 کیلوپاسکال و معیار شدت آسیب بیشتر از 30 باعث بروز آسیب عدم هوشیاری می شود.

    کلیدواژگان: آسیب ضربه مغزی، تحلیل المان محدود، ویسکوهایپرالاستیک، شتاب، عدم هوشیاری
  • رضا نادری، عبدالغفور خادم الرسول صفحات 261-273
    روش اجزای محدود توسعه یافته روشی جدید بر پایه غنی سازی پیکره بندی واحد ناپیوسته در فضای تقریب اجزای محدود استاندارد می باشد. علیرغم پیشرفت هایی که در نرم افزارهای تولید شبکه اجزای محدود بوجود آمده است، کماکان تعویض و بروز رسانی شبکه اجزای محدود در خلال فرایند گسترش ترک بسیار مشکل و پیچیده باقی مانده است. زمانی چنین موضوعی پیچیده تر خواهد شد که چندین ناپیوستگی و مرز داخلی ناهمگن، در دامنه فیزیکی مساله که با المانهای محدود گسسته سازی شده وجود داشته باشد. روش اجزای محدود توسعه یافته در ترکیب با روش مجموعه تراز می تواند بر این مشکل فایق آید. در این مطالعه، ترک های از پیش تعریف شده و مرزهای داخلی، شامل حفره و مرز ناهمگن به کمک توابع مجموعه تراز تولید می شود. به علاوه اثر اندرکنش مرزهای داخلی بر الگوی گسترش ترک مورد بررسی قرار خواهد گرفت. همچنین مقادیر فاکتور شدت تنش در مود مرکب از طریق انتگرال اندرکنش که بر پایه انتگرال مستقل از مسیر J بدست آمده است، محاسبه می شوند. مثال های عددی که در این مطالعه مورد بررسی قرار می گیرند با دیدگاه کاربرد مهندسی در طراحی اجزای حاوی ناپیوستگی با لحاظ نمودن شکست می باشند. نتایج بدست آمده نشان دهنده تاثیرات متفاوت مرزهای داخلی نرم، سخت و حفره داخلی بر مسیر رشد ترک می باشند.
    کلیدواژگان: اجزای محدود توسعه یافته، روش مجموعه تراز، مرز ناهمگن، حفره، گسترش ترک
  • محمد قادری، مهدی سلمانی تهرانی صفحات 274-284
    در این مقاله کمانش الاستیک-پلاستیک صفحه مستطیلی ضخیم، بر اساس نظریه تغییرشکل برشی مرتبه-بالای سینوسی و به کارگیری دو نظریه پلاستیسیته نموی و تغییرشکل بررسی شده است. بارگذاری به صورت فشار دومحوره با نسبت های مختلف و تکیه گاه ساده روی لبه های خارجی در نظر گرفته شده است. تنش بحرانی کمانش با استفاده از کمینه سازی معیار انتگرالی یگانگی پاسخ محاسبه شده است. برای این کار تابع های آزمون جابه جایی عرضی و چرخش، بر پایه روش ریلی-ریتز، به صورت ترکیب خطی از تابع های پایه که شرایط مرزی هندسی را ارضا می کنند، انتخاب شده اند. به منظور ارزیابی تحلیل، نتایج در حالتی که از فرض تغییرشکل برشی میندلین استفاده شده با نتایج مراجع پیشین مقایسه و سازگاری خوبی بین نتایج مشاهده شده است. آن گاه برای صفحه از جنس آلومینیوم، اثر نسبت ضخامت صفحه، نسبت ضلع ها و نسبت های مختلف بارگذاری دومحوره بر تنش بحرانی کمانش بررسی شده است. تحلیل ها نشان می دهند پیش بینی نظریه میندلین و نظریه سینوسی، برای تنش بحرانی کمانش در مساله مورد بررسی، بسیار نزدیک به یکدیگر است. بنابراین برای پیش بینی تنش بحرانی کمانش در این مساله، نظریه میندلین از دقت کافی برخوردار است. هم چنین هنگامی که بارگذاری از فشار دومحوره به تک محوره تغییر کند و یا نسبت ضخامت صفحه افزایش یابد، اختلاف دو نظریه پلاستیسیته بیشتر می شود. همچنین برای بارگذاری به صورت کشش-فشار، نظریه تغییرشکل نسبت به نظریه نموی بار بحرانی بسیار کمتری پیش بینی می کند.
    کلیدواژگان: کمانش الاستیک، پلاستیک، صفحه ضخیم مستطیلی، نظریه مرتبه، بالای سینوسی، روش ریلی، ریتز
  • محمد نوابی، سینا سلیمانپور صفحات 285-296
    کنترل وضعیت فضاپیما یکی از مسائل حائز اهمیت در حوزه هوافضا می باشد.. از آنجا که معادلات وضعیت فضاپیما غیرخطی هستند روش های کنترل خطی جوابگو نخواهند بود و بنابراین باید از روش های غیرخطی استفاده کرد. روش گام به عقب که شامل تکنیک های تطبیقی و غیرتطبیقی می باشد یکی از روش هایی است که دارای ویژگی هایی مناسبی جهت کنترل وضعیت می باشد. روش گام به عقب تطبیقی مدولار یک روش تطبیقی غیرخطی است که دارای یک قانون تنظیم پارامتر است و در این روش می توان با استفاده از تخمین گرهای مختلف پارامترهای مجهول سیستم را تخمین زد. همچنین می توان به منظور کاهش بار مشتق گیری از قوانین کنترل مجازی در طول روند گام به عقب، از فیلترینگ فرمان بهره برد. در این مقاله، بر خلاف تحقیقات مشابه که در اکثر آن ها از فیلترینگ گسسته استفاده شده، از روش فیلترینگ فرمان پیوسته استفاده شده است که با تعیین فرکانس طبیعی و ضریب دمپینگ فیلتر از بار مشتق گیری کنترلر های مجازی در طول روند گام به عقب کاسته می شود. با استفاده از روش های گام به عقب استاتیک و تطبیقی مدولار فیلتر شده، دو کنترلر پایدار وضعیت برای سیستم غیرخطی فضاپیما طراحی و پایداری آن توسط تئوری لیاپانوف اثبات می شود و نتایج حاصل از شبیه سازی این دو کنترلر با یکدیگر مقایسه می گردند. نتایج شبیه سازی، دقت تعقیب وضعیت و همچنین موفقیت آمیز بودن روش گام به عقب تطبیقی در حضور گشتاور اغتشاشی را نشان می دهند.
    کلیدواژگان: کنترل تطبیقی، گام به عقب تطبیقی مدولار، فضاپیما، فیلترینگ فرمان پیوسته
  • جعفر جماعتی، علیرضا فراهی نیا، حمید نیازمند * صفحات 297-306

    در این مقاله شبیه سازی عددی جریان الکترواسموتیک درون ریزجریان های ناهمگن با استفاده از مدل تقریبی هلمهولتز-اسمولوکوفسکی ارائه شده است که در آن اثر نیروی میدان الکتریکی بر سیال با سرعت لغزشی در دیواره ی ریزمجرا جایگزین می شود. با حل معادله غلظت در این جریان ها، چگونگی فرآیند اختلاط در ریزمجراهای دارای زتاپتانسیل ناهمگن روی دیواره، به صورت کیفی و کمی بررسی شده است. مطالعه انجام شده نشان می دهد که با ترکیب دو جریان الکترواسموتیک و فشار-محرک در یک ریزمجرا و تنظیم مناسب تکه های ناهمگنی بار، به سادگی می توان یک ریزمخلوط گر الکترواسموتیکی با اختلاط قابل تنظیم طراحی نمود. رفتار چنین ریزمخلوط گرهایی تحت تاثیر نحوه آرایش زتاپتانسیل و نیز مقدار اختلاف فشار اعمالی است. در این مقاله برای تحلیل جامع اختلاط، علاوه بر معیار رایج راندمان اختلاط، دو معیار جدید راندمان نسبی اختلاط و ظرفیت اختلاطی مورد معرفی قرار گرفته اند. با استفاده از این شاخصه ها معلوم شد که در اختلاف فشارهای اندک و یا خیلی زیاد وجود تکه های ناهمگنی بار روی دیواره های ریزمجرا اثر قابل ملاحظه ای بر بهبود اختلاط ندارد. بنابراین عملکرد ریزمخلوط گرهای با جریان ترکیبی الکترواسموتیک و فشار-محرک دارای یک نقطه بهینه است. بعلاوه مشاهده شد که میزان نامتقارنی توزیع بار در مقایسه با میزان اندازه بار، اثر جدی تری بر عملکرد اختلاطی ریزمخلوط گر دارد. این امر تضمین می کند که اختلاط مناسب حتی با استفاده از سطوح دارای زتاپتانسیل معمولی حاصل شود.

    کلیدواژگان: ریزمخلوگر، جریان الکترواسموتیک فشار محرک، مدل هلمهولتز، اسمولوکوفسکی، توزیع بار ناهمگن
  • امیر رفاهی اسکویی صفحات 307-312
    روش های سنتی بکار گرفته شده برای تخمین کسر جرمی در مواد کامپوزیتی، اغلب نیاز به آماده سازی و برش سطح مقطع نمونه دارد بطوریکه این فرایندها باعث ایجاد آسیب در ساختار مواد می گردد. در این مقاله روش غیرمخرب آکوستیک امیشن به همراه تحلیل موجک بسته ای برای ارزیابی درصد جرمی مواد کامپوزیتی از جنس گرافیت / اپوکسی استفاده شده است. معیار مورد استفاده در این کار بر اساس پارامتر تضعیف سیگنالهای آکوستیکی برای نمونه های کامپوزیتی با درصد جرمی های مختلف می-باشد. روابط بین ضرایب تضعیف دامنه و انرژی سیگنال ها و همچنین درصد های جرمی مختلف، در دوحالت مجزا: یکی برای سیگنالهای اصلی در کل دامنه فرکانسی و دیگری برای همان سیگنال با روش موجک بسته ای حاصل می گردد. بعلاوه برای تست مدل و اعتبار سنجی روابط بدست آمده از دو نمونه با درصد جرمی متفاوت از گرافیت در داخل رزین اپوکسی استفاده می گردد. نتایج گویای این است که هر چقدر درصد گرافیت در ساختار کامپوزیت پایین باشد میزان تضعیف کمتر است. مشخصه حاصل برای تضعیف سیگنال بدست آمده از روش موجک بسته ای جهت تشخیص درصد جرمی، در بازه فرکانسی kHz 125 تا kHz 171.85، نسبت به مشخصه تضعیف سیگنال اصلی مناسب تر می باشد. بطوریکه مقدار خطای بدست آمده از محاسبه درصد جرمی با روش موجک بسته ای برابر با 9/ 1% در حالیکه برای سیگنال اصلی این مقدار برابر با 75/ 4% می باشد. بنابراین روش آکوستیک امیشن یک روش غیرمخرب کارآمد در جهت ارزیابی مقدار درصد جرمی کامپوزیت ها می تواند بکار گرفته شود.
    کلیدواژگان: آکوستیک امیشن، تضعیف، موجک بسته ای، درصد جرمی، تست غیر مخرب
  • روح الله احمدی، تومیو اوکاوا صفحات 313-320
    در این مطالعه، دینامیک حباب و مکانیزم تولید بخار خالص به صورت تجربی-مشاهده ای در یک کانال مستطیلی عمودی، طی جریان جوشش تحت اشباع در فشار اتمسفر بررسی شد و نتایج قابل توجهی در شرایط مختلف تر شوندگی سطح بدست آمد. طی مشاهدات، دو نوع رفتار کاملا متفاوت در شروع جوشش هسته ای برای حباب بخار مشاهده گردید و همچنین در ناحیه ای که کسر حجمی بخار کم است مکانیزم جدیدی برای شروع تولید بخار خالص ارائه شد. هنگام شروع جوشش هسته ای بر روی یک سطح آبدوست، مشاهده شد که همه حباب های تشکیل شده در هسته های فعال، بلافاصله پس از رشد یافتن از سطح بلند شده و از آن فاصله می گیرند و به سرعت در آب مادون اشباع در اثر چگالش ناپدید می شوند. در مقابل، زمانی که سطح آبگریز بود، در شرایط شروع جوشش هسته ای حباب های شکل گرفته در محل تشکیل خود گیر افتاده اند. در ادامه، مکانیزم شروع تولید بخار خالص در سطوح آبدوست و آبگریز پیشنهاد شد. نتیجه مهم حاصل از مشاهدات این پژوهش این است که بر روی یک سطح آبگریز با زاویه تماس بالا (حدود °90)، جدایش حباب از هسته های فعال روی سطح، در نزدیکی نقطه آغاز کسر قابل توجه بخار که شرط لازم برای شروع تولید بخار خالص است، رخ می دهد. مکانیزم اصلی حاکم بر تولید بخار خالص برای سطوح آبدوست و آبگریز، بازگشت مجدد حباب بلند شده از سطح، به سطح داغ مشاهده گردید، اما جدایش حباب از هسته های فعال شاخص خوبی برای تعیین شروع تولید بخار خالص برای سطوح آبگریز است.
    کلیدواژگان: جریان جوشش تحت اشباع، آغاز تولید بخار خالص، دینامیک حباب، تحلیل تصاویر
  • مهران حشمتی، جمال زمانی صفحات 321-328
    یکی از روش های بررسی پدیده انفجار زیر آب و اثرات آن بر روی سازه ها، استفاده از تیوب شوک مخروطی می باشد. این تیوب ها با استفاده از یک خرج انفجاری کوچک فشار بسیار زیادی را ایجاد می نمایند. در این مقاله با استفاده از کد LS-DYNA، انفجار مقدار معینی از یک خرج انفجاری در داخل تیوب شوک مخروطی مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی عددی با استفاده از روش حل لاگرانژی-اویلری انتخابی چند ماده ای انجام گرفته است. برای اطمینان از صحت روش انتخاب شده در نرم افزار، ابتدا پژوهش تجربی انجام شده توسط لبانس و شوکلا شبیه سازی شده و بعد از اطمینان به دقت نتایج، نسبت به شبیه سازی مسئله موردنظر اقدام شده است. در این کار پژوهشی در ابتدا، اثر زاویه راس مخروط در مقدار فشار ایجاد شده در تیوب شوک مورد بررسی قرار گرفته است. سپس عملکرد تیوب های شوک با طول های متفاوت مورد بررسی قرار می گیرد. در انتها با تغییر وزن خرج انفجاری و بررسی نتایج و بیان دلایل تغییرات در هر پارامتر و بررسی اثر نسبت حجم ماده منفجره به حجم آب موجود در تیوب شوک، رابطه ای برای جرم معادل برای تمامی تیوب های شوک با زوایای مختلف ارائه گردیده و رابطه تئوری موجود اصلاح گردیده است.
    کلیدواژگان: تیوب شوک، انفجار زیر آب، ALE چند ماده ای، موج شوک
  • سامان منبری، فرامرز آشنای قاسمی، اسماعیل قاسمی صفحات 329-335
    در این مقاله خواص مکانیکی نانوکامپوزیت های هیبریدی پلی پروپیلن/تالک/گرافن بررسی و با خواص نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن/گرافن مقایسه شده است. تمام نمونه ها با روش اختلاط مذاب و با استفاده از مخلوط کن داخلی تهیه شدند. به منظور افزایش چسبندگی بین پرکننده و ماتریس، از ملئیک انیدرید به عنوان عامل جفت استفاده شد. در نانوکامپوزیت های دوتایی پلی پروپیلن/گرافن، با افزودن گرافن تا 75/ 0 درصد وزنی، مدول و استحکام کششی و استحکام ضربه افزایش و در مقادیر بالاتر، مدول افزایش و استحکام کششی و ضربه کاهش یافتند. در مورد نانوکامپوزیت های هیبریدی پلی پروپیلن/تالک/گرافن، بعد از اضافه نمودن 15 % وزنی تالک به پلی پروپیلن، مدول الاستیک افزایش و استحکام کششی و ضربه کاهش یافتند. همچنین بعد از اضافه نمودن گرافن به کامپوزیت پلی پروپیلن/تالک، مدول و استحکام کششی و استحکام ضربه افزایش و در مقادیر بالاتر گرافن (75/ 0تا 5 /1 درصد وزنی) استحکام کششی و ضربه کاهش یافتند. ریخت شناسی نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و رفتار بلورینگی با گرماسنجی روبشی تفاضلی (DSC) مشخصه یابی شده است. تصاویر SEM نشان می دهند که چسبندگی خوبی بین تالک و زمینه پلی پروپیلن وجود ندارد، و در مقادیر بالای گرافن، صفحات آن به صورت توده در می آیند. نتایج DSC نیز نشان داد که تالک تاثیر قابل توجهی بر درجه بلورینگی ندارد، اما گرافن باعث کاهش آن می شود. در نهایت مشخص شد که نانوکامپوزیت های هیبریدی حاوی 15 درصد تالک و 5 /1 درصد گرافن بالاترین مدول الاستیک، و نانوکامپوزیت های پلی پروپیلن/گرافن حاوی 75/ 0درصد وزنی گرافن، بالاترین استحکام کششی و ضربه را دارند.
    کلیدواژگان: گرافن، تالک، پلی پروپیلن، نانوکامپوزیت، استحکام
  • مهدی بامداد، فرزین طاهری صفحات 336-344
    در این مقاله، مدلی مرکب از ربات موازی صفحه ای به همراه یک بازوی دو درجه آزادی ارائه می شود. بازوی رباتیک بر مبنای رباتهای موازی کابلی است که زنجیره سینماتیکی سری اضافه شده به زنجیره موازی، منجر به هم افزایی در این مدل مرکب می شود. بازوی مرکب می تواند خصوصیات مکانیزمهای سری و موازی را ایجاد کند. مفهوم قابلیت جهت دهی مجری نهایی در فضای کاری، به تعیین معیار عملکردی ربات می انجامد. اغلب بازوان موازی زیرمقید، قابلیت چرخش ضعیفی دارند. برای غلبه بر این ضعف، در این مقاله روی دسته جدیدی از بازوان سری-موازی تمرکز شده است. هدف اولیه این طراحی مکانیزم، افزایش قابلیت دوران ربات صفحه ای دو کابلی است. در این راستا تحلیل سینماتیک مدل جدید ربات مرکب ارائه و دینامیک آن با استفاده از ترکیب روش لاگرانژ و نیوتن-اویلر مدل سازی می شود. همچنین مطالعه مسیر دینامیکی به مساله طراحی ربات افزوده می شود و طراحی مسیر با کمینه زمان برای تایید عملکرد مدل مورد استناد قرار می گیرد. دو مدل ربات کابلی موازی و ربات مرکب، شبیه سازی شده و برای بررسی مزایای مدل ارائه شده، نتایج حاصل برای هر مدل با یکدیگر مقایسه می گردند. نتایج تایید می کنند که طراحی پیشنهادی بطور قابل توجهی انرژی مصرفی محرکه را کاسته و قابلیت جهت دهی ربات را در قیاس با ربات موازی افزوده است.
    کلیدواژگان: ربات کابلی، دینامیک، طراحی، بهینه سازی، مدل مرکب
  • سید مرتضی حسینی، محمود شریعتی * صفحات 345-352

    در این مقاله روش آماری تاگوچی، در طراحی سازه پوسته های جاذب انرژی کامپوزیتی با هندسه استوانه ای پیاده سازی شد. پارامترهای شش گانه طراحی سازه جاذب انرژی در نظر گرفته شده در این پژوهش عبارتند از: پارامترهای هندسی قطرداخلی، طول و ضخامت و پارامترهای چیدمان لایه ها، نوع تقویت کننده (الیاف) و نوع فرآیند ساخت و تولید که پارامترهای قطر داخلی، طول و چیدمان لایه ها چهار سطحی و سه پارامتر دیگر دو سطحی می باشند بنابراین از آرایه متعامد (L16(4**3 2**3 برای تحلیل تاگوچی استفاده شده است. هدف از فرایند طراحی آزمایش در این پژوهش، بیشینه کردن میزان جذب انرژی مخصوص در سازه ی معرفی شده، بود. نتایج نشان داد که به ترتیب چیدمان لایه ها و پارامترهای هندسی شامل قطر داخلی و ضخامت بیشترین اثر و در طرف مقابل، پارامترهای دیگر کمترین اثر را برروی میزان جذب انرژی مخصوص این دسته از سازه ها دارند و لذا پیشنهاد می گردد به سه پارامتر اول در فرآیند طراحی سازه های جاذب انرژی اهمیت بیشتری داده شود. از دیگر نتایج مهم این تحلیل آماری، تعیین مشخصات بهینه پوسته جاذب انرژی کامپوزیتی با چیدمان لایه های (0/ 90)، قطر داخلی 63 میلیمتر، ضخامت 2 میلیمتر، فرآیند تولید قالبگیری کیسه ای (VB)، نوع تقویت کننده کربن و طول 160 میلیمتر بود.

    کلیدواژگان: تاگوچی، جذب انرژی مخصوص، پوسته استوانه ای، سازه های کامپوزیتی
  • محمدرضا باقری، محمد سعید سیف، حمید مهدیقلی صفحات 353-362
    نیروی چرخشی ناپایا یا توزیع قدرت دو قطبی ها که توسط چرخش فن یا پروانه در سیال به وجود می آید، توسط روش معکوس قابل پیش بینی است. به منظور استفاده از این روش از اندازه گیری های فشار آکوستیکی میدان دور در فرکانسهای عبوری پره پروانه در حالت غیر کاویتاسیونی استفاده می شود. در این مقاله فشار آکوستیکی میدان دور از معادلات فاکس ویلیامز و هاوکینگز با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی در آرایه هیدروفونی مشخص استخراج می شود و سپس نیرو چرخشی ناپایای اعمالی از پره به سیال که مهمترین منبع تولید صوت در حالت غیر کاویتاسیونی است به دست می آید. نیروهای چرخشی ناپایای با استفاده از روش معکوس توسط کدی تحلیلی در متلب استخراج می شوند. حل درست به انتخاب صحیح پارامتر مرتب سازی تابع انتقال (تابع انتقال ارتباط میان فشار آکوستیکی و نیروها در روش معکوس است) وابسته است. بنابراین باید محدوده مناسب پایداری انتخاب تا مشکل ناپایداری تابع انتقال حل شود. کد تحلیلی برای پارامتر پایداری در حالات مختلف حل و مناسبترین مقادیر نیروی ناپایای اعمالی در سه مقطع پروانه به دست می آید. از روش معکوس به منظور محاسبه منبع تولید صوت در مقاطع مختلف پروانه در حالت غیر کاویتاسیونی جهت طراحی پروانه با کمترین مقدار صوت می توان استفاده کرد. این روش برای اولین بار در این مقاله برای یک مدل پروانه دریایی مورد استفاده قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: نیروی چرخشی ناپایا، فشار آکوستیکی میدان دور، معادلات فاکس ویلیامز و هاوکینگز، تابع انتقال، دینامیک سیالات محاسباتی
  • نیما جمشیدی، مهرداد پورسینا، وحید ملک محمدی فرادنبه صفحات 363-370
    مطالعه بر روی مکانیزم حرکتی جانوران همواره از فعالیت های مهم در تحقیقات علمی بوده است. در دهه های اخیر مطالعه بر روی حرکت قورباغه ها در شنا کردن و پریدن و شبیه سازی این حرکات افزایش یافته است. در کار پیش رو با الگوبرداری نحوه ی عملکرد عضلات و مطالعه ی آناتومی پای قورباغه مکانیزمی طراحی شده است که حرکت طبیعی پای قورباغه را تنها با یک عملگر شبیه سازی می کند. با ارائه روش هندسی در طراحی مکانیزم، حرکت پای قورباغه با توجه به تغییر زوایای مفاصل طراحی می شود. مقدار تغییرات زاویه های اصلی در مکانیزم بر اساس تغییر زاویه ها در حرکت طبیعی قورباغه می باشد. عملگر دارای حرکت دورانی می باشد و به صورت سینوسی دوران می کند وبا فرکانس های مختلف می توان سیکل حرکتی قورباغه را ایجاد کرد. با توجه به سرعت حرکت خطی پنجه ی پا در شنای قورباغه ی طبیعی، مقدار فرکانس لازم برای عملگر به دست می آید. همچنین با وارد کردن نیرو های درگ و نیروی تولیدی توسط پنچه ی پا، شنا کردن قورباغه شبیه سازی شده است. با داشتن سرعت وشتاب حرکت، گشتاور لازم برای عملگر به دست می آید. نتایج حاصل از شبیه سازی و مقایسه ی آنها با نتایج حاصل از حرکت طبیعی قورباغه نشان دهنده ی دقت بالای مکانیزم در تقلید حرکت واقعی پای قورباغه و نحوه شنا کردن و تطبیق مقادیر سرعت و شتاب و نیروهای درگ و نیروی تولیدی محوری می باشد. با توجه به نتایج به دست آمده، می توان از مکانیزم طراحی شده برای شبیه سازی حرکت انواع قورباغه در شنا کردن استفاده کرد.
    کلیدواژگان: قورباغه، طراحی مکانیزم، شبیه سازی، دینامیک، ربات
  • مصطفی دهقانی محمدابادی، حسین عجم، سعید فراهت صفحات 371-384
    به منظور ارزیابی اثر مدل های توربولانسی در پیشبینی ساختار جریان با گرادیان فشار معکوس، معادلات ناویر استوکس رینولدز متوسط در حالت دائم برای یک دیفیوزر حلقوی تقارن محوری حل شدند. پس از انتخاب بهترین مدل توربولانسی شیوه ای برای بهینه سازی شکل دیفیوزر های حلقوی ارائه شده است. هدف حداکثر نمودن عملکرد دیفیوزر یا به عبارت دیگر افزایش بازیابی فشار درون دیفیوزر بر اساس بهینه سازی هندسه است. روش بهینه سازی مبتنی بر طراحی دیواره یک دیفیوزر حلقوی با نسبت سطح و طول ثابت می باشد. در الگوریتم توسعه یافته از نرم افزار انسیس فلوئنت برای تحلیل هیدرودینامیکی و از مدلسازی تقریبی و یک شیوه بهبود مورد انتظار برای بهینه سازی استفاده شده است. از اسپلاین نربز برای نمایش شکل دیواره دیفیوزر با دو تا ده متغیر طراحی استفاده شده است. به منظور مدیریت زمان حل مساله، از مدل تقریبی کریگینگ به عنوان مدلی جهت پیشبینی پاسخ های حل دقیق استفاده شده است. با اعمال فرمان های کنترلی از طریق نرم افزار متلب، نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی و مدل کریگینگ برای اجرای کاملا خودکار با یکدیگر ترکیب شده اند. به منظور برقراری توازن بین جستجوی محلی و سرتاسری از معیار نمونه تطبیقی استفاده شده است. با توجه به نتایج حل، طراحی بهینه یک بهبود عملکرد منطقی را در مقایسه با طراحی اولیه نشان می دهد.
    کلیدواژگان: دیفیوزر حلقوی، مدلهای توربولانسی، مدل تقریبی کریگینگ، شیوه بهبود مورد انتظار، پارامتری سازی با اسپلاین نربز
  • اعظم عارفی، حسن نحوی صفحات 385-391
    با گسترش سریع میکرو و نانوتکنولوژی، کاربرد نانوسازه ها با توجه به خصوصیات ویژه فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و الکترونیکی آنها هر چه بیشتر توسعه می یابد؛ از آن جمله می توان به استفاده نانوسازه ها در حسگرهای کرنش، جرم و دستگاه های میکرو و نانوالکترومکانیک اشاره نمود. تاثیر اندازه در رفتار مکانیکی این ساختارها که ابعادشان بسیار کوچک و قابل قیاس با فواصل مولکولی است، حائز اهمیت است. با توجه به این که تئوری های کلاسیک توانایی پذیرش تاثیر اندازه کوچک را ندارند، از تئوری الاستیسیته غیر محلی برای منظور نمودن آثار اندازه کوچک استفاده شده است. در این تئوری با فرض این که تنش در یک نقطه تابعی از کرنش همه نقاط محیط است، محدوده وسیعی از نیروهای بین اتمی و ابعاد طولی داخلی در روابط ساختاری مواد همسانگرد و همگن، به عنوان پارامترهای ماده مطرح می شوند. در این تئوری علاوه بر اجتناب از حل معادلات پیچیده، توانایی پیش بینی رفتار نانوسازه ها در ابعاد بزرگ نیز وجود دارد. در این تحقیق، کمانش نانوحلقه با درنظر گرفتن اثر برش مورد مطالعه قرار می گیرد. معادلات حاکم بر پایه تئوری الاستیسیته غیرمحلی و به کمک کار مجازی و اصل هامیلتون استخراج گردیده است، همچنین از فرضیات تیموشنکو برای اعمال اثر برش استفاده شده و حل تحلیلی برای معادلات ارائه شده است. تاثیرپارامتر غیرمحلی، شعاع، نسبت شعاع به ضخامت و شماره مودهای کمانش بر روی بارهای کمانش نانوحلقه بررسی شده است.
    کلیدواژگان: نانوحلقه، تئوری الاستیسیته غیرمحلی، تغییرشکل برشی
  • علیرضا نداف اسکویی، حسین خدارحمی، مسلم سهرابی صفحات 392-402
    در این مقاله مطالعه رفتار فروریزشی و جذب انرژی پوسته های جدار نازک سربسته مخروطی به صورت عددی و تجربی ارائه شده است. پوسته های مخروطی ناقص از جمله اجزایی هستند که در جذب انرژی حین یک فرآیند ضربه، از سایر مقاطع عملکرد بهتری دارند. برای انجام آزمایش ها از یک دستگاه ضربه زن سقوط آزاد و در بخش عددی از نرم افزار اجزای محدود آباکوس استفاده شده است. در این مقاله تاثیر تغییر سرعت برخورد و جرم ضربه زن بر رفتار فروریزشی نمونه ها بررسی شده است. علاوه بر این با معکوس قرار دادن نمونه های مخروطی در برابر ضربه زن، اثر نحوه اعمال نیرو بر روی رفتار فروریزش آنها مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفته است. هم چنین مجموعه های چندتایی از مخروط ها به عنوان سیستم های جاذب انرژی به صورت عددی مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد تمامی نمونه ها با مود الماسی و الگوی چهارضلعی فروریزش می کنند و مطابقت خوبی بین نتایج عددی و تجربی وجود دارد. همچنین تاثیر تغییر ضخامت بیشترین اثرگذاری را روی رفتار فروریزش این پوسته ها دارد به طوری که با 20% کاهش ضخامت پوسته، بیشینه نیروی فروریزش %34.5 و نیروی متوسط فروریزش %39.3 کاهش پیدا کردند.
    کلیدواژگان: رفتار فروریزشی، پوسته های مخروطی، مود الماسی، الگوی چهارضلعی
  • علی جعفرقلی، حسن کریمی*، سید رضا موسوی فیرده صفحات 403-414

    الگوریتم هایی جهت مدلسازی دینامیکی غیرخطی و یافتن مدل فرکانسی موتورهای سوخت مایع ارایه شده، ملاحظات تسهیل کننده فرآیند مدلسازی و اشکال زدایی، بیان گردیده است. سپس الگوریتم ها، برای یک موتور سوخت مایع خاص به همراه مخازن سوخت و اکسیدکننده پیاده شده است. معادلات توصیفی موتور مذکور، در قالب زیرسیستم هایی دسته بندی شده، سپس شبیه سازی در محیط سیمولینک متلب صورت گرفته است. نتایج حاصل از مدلسازی موتور، پس ازتوصیف فرآیندهای گذرای شروع به کار و فرآیندهای رژیم نامی، نمایانگر شرایط مناسب توصیف رفتاری موتور با خطای زیر %3 در رژیم پایا می باشد. سپس بر مبنای مدل غیرخطی حاصله، مدل یک ورودی- یک خروجی موتور در حوزه ی فرکانس با استفاده از روش توابع توصیفی به دست آمده است. جهت استخراج مدل فرکانسی موتور، نرم افزار پاسخ فرکانسی در محیط متلب نوشته شده است. با توجه به رژیم های کاری موتور، دامنه ی ورودی یا سیگنال تحریک و بازه ی فرکانسی مناسب انتخاب شده و با تحریک مدل دینامیکی غیرخطی با ورودی های سینوسی شامل چهار دامنه و فرکانس های 05/ 0 تا 140 رادیان بر ثانیه، مدل فرکانسی به دست آمده است. این امر با انتگرال گیری و یافتن خروجی موتور و محاسبه ی انتگرال های فوریه در زمانی که خروجی به حالت پایدار رسیده باشد و سپس محاسبه ی بهره ها و فازهای سیستم در فرکانس ها و دامنه های مختلف انجام شده است و مدل های تابع های توصیف کننده ی سیستم حاصل شده است. با ارزیابی مدل فرکانسی مشخص گردیده است می توان با بهره گیری از مدل فرکانسی، ضمن در نظر گرفتن مهم ترین ویژگی های دینامیکی موتور در بازه ی فرکانس های کنترلی، شرایط مناسب تر و ساده تر و کارآمدتری جهت تحلیل دینامیکی موتور فراهم ساخت

    کلیدواژگان: موتور سوخت مایع، مدل غیرخطی، حوزه ی فرکانس، تابع توصیفی، دامنه ی ورودی
  • محمود نوروزی، محمدرضا شوقی صفحات 415-425
    در این تحقیق، ناپایداری انگشتی لزج، در جابجایی مخلوط پذیر سیال غیر نیوتنی در یک محیط متخلخل ناهمسان گرد مورد مطالعه قرار گرفته است. تاثیرات ناهمسان گردی های تانسورهای نفوذپذیری و پراکندگی و نیز تاثیر پارامترهای رئولوژیکی حاکم بر مدل کاریو- یاسودا و تفاوت آن با حالت نیوتنی، در حالت های متفاوتی از ناپایداری انگشتی مورد بررسی قرارگرفته اند. در شبیه سازی غیرخطی، با استفاده از روش طیفی و تبدیلات هارتلی به بررسی ویژگی های ناپایداری انگشتی در یک محیط متخلخل ناهمسان گرد پرداخته شده است. در این پژوهش سه نوع جریان بررسی و مطالعه شده اند؛ در حالت اول، هر دو سیال جابجا کننده و جابجا شده، نیوتنی هستند و در دو حالت بعدی یک از سیالات جابجا کننده یا جابجا شده نیوتنی و دیگری غیر نیوتنی می باشد. همچنین، پارامتر های مشخص کننده رشد و گسترش ناپایداری انگشتی شامل طول اختلاط، بازده جاروبی و کانتورهای غلظت در حالت های متنوعی از جابجایی سیالات نیوتنی و غیر نیوتنی مورد ارزیابی و مقایسه قرارگرفته اند. در هر سه نوع جابجایی، با افزایش نفوذپذیری در جهت جریان نسبت به جهت عمود بر جریان، از شدت رشد ناپایداری ها کاسته شده و جریان پایدارتری به دست می آید درحالی که با افزایش پراکندگی محیط متخلخل در جهت جریان نسبت به جهت عمود بر آن، جریان ناپایدار تر شده و ناپایداری ها با شدت بیشتری رشد می کنند. در جابجایی سیال نیوتنی توسط سیال غیر نیوتنی، با افزایش شاخص توانی و نیز کاهش عدد دبورا، جریانی پایدارتر می شود، درحالی که در جابجایی سیال غیر نیوتنی توسط سیال نیوتنی، عکس حالت قبل اتفاق می افتد.
    کلیدواژگان: ناپایداری انگشتی لزج، محیط متخلخل ناهمسان گرد، سیال غیر نیوتنی باریک شونده، شبیه سازی غیرخطی
  • فرج الله زارع جونقانی، غلامحسین مجذوبی، احسان خادمی صفحات 426-434
    تنش های پسماند به تنش هایی گفته می شوند که پس از برداشته شدن تمام نیروهای خارجی هم چنان در ماده باقی می مانند. بر اساس نوع بارگذاری تنش های پسماند می-توانند به دو صورت کششی و فشاری در ماده باقی بمانند. تنش های پسماند فشاری در جسم می توانند استحکام ماده در برابر بارهای وارده به ویژه استحکام خستگی را بهبود ببخشند. یکی از روش های ایجاد تنش های پسماند فشاری استفاده از فرایند غلتک زنی عمیق می باشد که با توجه به سادگی و پایین بودن هزینه به طور گسترده در صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله مدل سازی فرایند غلتک زنی آلومینیوم 7075و شبیه سازی آن به کمک روش اجزاء محدود مورد بررسی قرار می گیرد و تاثیر عوامل مهمی هم چون قطر ساچمه در ابزار غلتک زن، گام پیشروی، عمق نفوذ و تعداد عبور بر روی توزیع تنش پسماند بررسی می شوند. از الگوی سخت شوندگی چرخه ای شابوش در شبیه سازی ها استفاده شده است. ثابت های این الگو از آزمایش چرخه ای کرنش کنترل آلومینیوم 7075 محاسبه شده اند. برای راستی آزمایی نتایج شبیه سازی های اجزاء محدود از نتایج آزمایش و شبیه سازی های پژوهش های پیشین استفاده شده است. نتایج این مقاله نشان می دهد که عمق و میزان تنش پسماند فشاری با افزایش قطر ساچمه غلتک زن، میزان عمق نفوذ و تعداد عبور غلتک افزایش می یابد ولی با افزایش گام پیشروی میزان تنش پسماند و یکنواختی توزیع تنش پسماند کاهش می یابد. هم چنین الگوی مومسان شابوش می تواند رفتار ماده در بارگذاری های کم چرخه مانند فرایند غلتک زنی را پیش بینی نموده و به کار گیری روش اجزاء محدود در محاسبه تنش پسماند به جای روش های تجربی علاوه بر کاهش هزینه و زمان توزیع تنش پسماند در عمق بیشتری را نمایان می سازد.
    کلیدواژگان: فرایند غلتک زنی، روش اجزاء محدود، تنش پسماند، الگوی مومسان شابوش
|
  • Farinaz Forouzesh, Ali Asghar Jafari Pages 1-12
    The objective of this paper is to analyze the nonlinear vibrations of simply supported pseudoelastic shape memory alloy (SMA) cylindrical shell under harmonic internal pressure based on Donnell-type classical deformation shell theory. The pressure is a function of time and space. The behavior of pseudoelastic SMA is simulated via the Boyd–Lagoudas constitutive model numerically implemented by the Convex Cutting Plane Mapping algorithm. The Hamilton’s principle is employed to obtain the equations of motion. Differential Quadrature Method (DQM) and Newmark time integration scheme are applied to get the time and frequency responses of the cylinder. Also, the natural frequencies of the shell are obtained for the case of pure austenitic phase to compare the frequency response of the present nonlinear system (phase transformation –induced material nonlinearity) with the linear one around them. Results indicate that the strength of the material will decrease during the phase transformation. This fact is proved by the softening behavior observed in the frequency response of the system due to the phase transformation. Further, the pure austenitic phase shell is simulated in ABAQUS to verify the results. A good agreement is found between two outcomes.
    Keywords: Nonlinear vibrations, cylindrical shell, Pseudoelastic shape memory alloy, Non, homogeneous material, DQM
  • Mahmood Mehrdad Shokrieh, Ali Reza Shamaei Kashani, Reza Mosalmani Pages 13-21
    Mechanical properties of polymeric materials are significantly sensitive to the loading rate. Therefore, it is necessary to develop a dynamic constitutive model to investigate their strain rate dependent mechanical behavior. In this study, first by conducting torsion experiments the shear behavior of neat and reinforced epoxy with carbon nano-fibers (CNFs) was studied experimentally. Then, the Johnson-Cook (J-C) model has been modified to be able to model the shear behavior of neat polymers. The strain rate effects on elastic behavior of polymers were considered by introducing a material equation. Then, by combining the modified Johnson-Cook (MJ-C) model with a micromechanical model (Halpin-Tsai model) and using pure polymer experimental tesults and mechanical properties of carbon nano fiber, the strain rate dependent mechanical behavior of polymers reinforced with CNFs at arbitrary strain rates and volume farction of carbon nanofiber has been predicted. The new model presented in this research is called as the dynamic-micromechanical constitutive model. The predicted results for the neat and nano-phased polymers were compared with conducted and available experimental results. It has been shown that the present dynamic constitutive model can predict the strain rate dependent mechanical behavior of polymeric materials with a good accuracy.
    Keywords: Constitutive Model, Strain Rate, Polymeric Materials, Shear Properties, Micromechanics
  • Majid Alitavoli, Hashem Babaei, Ali Mahmoudi, Ali Golbaf, Tohid Mirzababaie Mostofi Pages 22-30
    The aim of this paper is to investigate the green density, the percentage of porosity and the density distribution of materials which have been produced by powder compaction procedure under low rate impact loading by using drop hammer both experimentally and analytically. Effect of grain size and different level of energy on density is carried out in the experimental section. In this regard, the effect of different level of energy are investigated by changing mass and height of hammer. The analytical section presents a relation for green density considering a small element of compacting piece and using equilibrium equation, continuity equation and Levy-Mises equation. Using the statistical analysis leads to investigation of the effect of grain size and friction coefficient simultaneously as two impressive factors on analytical green density. In the next step, the percentage of porosity and density distribution was calculated analytically and compared with experimental values. The satisfactory accordance between Experimental results and analytical ones validates the presented analytical results. Also by applying two constant quantities, shape factor and work hardening in analytical relations, the effect of these factors on percentage of porosity and density distribution of products have been investigated.
    Keywords: Drop Hammer, Powder Compaction, Impact Loading
  • Mehrdad Nori Khajavi, Mohammad Reza Bavir, Ebrahim Farrokhi Pages 31-39
    In statistics, Entropy is a measure of disorder of time series. Entropy is used in physiologic for signal analysis. In physiologic science, Entropy is used for performance analysis of body organs such as heart and brain. Epileptic patients have been diagnosed by this technique. In this paper for the first time, Entropy is used to determine the health condition of mechanical systems. A special kind of Entropy, namely Permutation Entropy is used for this purpose.To perform the experiment an apparatus consisting of a motor coupled with a shaft has been designed and manufactured. Vibration signals from supporting bearing of this system in different shaft states namely healthy shaft, and shafts with 3, 5 and 7 mm crack were gathered with a vibration data analyzer. The vibration were taken from sensors mounted on bearing supports of the shaft. Shaft was subjected to a constant bending moment. The vibration signals were preprocessed by permutation Entropy method. Nine different features were extracted from the Entropy signals which are fed to an Adaptive Neuro Fuzzy Inference System (ANFIS). The designed ANFIS was capable of classifying different shaft states with an overall %96 percision.
    Keywords: Permutation Entropy, Time Series, ANFIS, Transverse Crack, Rotating Shaft
  • Ali Akbar Moltani Shahrakht, Mohammad Javad Maghrebi Pages 40-52
    The prediction of distillation zone is very important in steam turbine blades and steam nozzles. In identification of distillery with equilibrium method, as the steam flow contacts the two-phase dome, the second phase formes and flow properties will pass the distillery without any jumping, therefor after crossing the saturation curve, the droplet formation transpires, but in non-equilibrium method by a sudden increase in pressure, called “condensation shock” a discontinuity in the flow characteristics is seen and after crossing the saturation curve, the formation of droplets starts. In this paper, numerical analysis of a vapor-liquid two-phase transonic flow in a convergent-divergent nozzle with and without shock is investigated. Effects of stagnation temperature at nozzle inlet, viscosity and geometry is studied using thermodynamic equilibrium and non-equilibrium methods and results compared with experimental datas. Roe numerical method is used for vapor-liquid two-phase flow numerical solution. The main properties of the flow at the boundary of elements is extrapolated by MUSCL third order acuracy and time discretization is performed using Lax-Wendroff explicit two-step method of second order accuracy. It is observed that the results of non-equilibrium solution, has more correspondence to experimental results and Condensation starts earlier in the nozzle with further expansion rate. By increasing the temperature at nozzle inlet, the place at which condensation starts goes forward. Also in comparision with non-viscous flow, the shock location in viscous flow comes closed to the throat.
    Keywords: Convergent, divergent nozzle, Two phase flow, Condensation shock, Equilibrium thermodynamic, Non, equilibrium thermodynamics
  • Amir Hossein Shamekhi, Azadeh Shariati, Ali Ghaffari, Sina Omidfar Pages 53-60
    The problem of two wheeled self-balancing robot is an interesting and challenging problem in control and dynamic systems. This complexity is due to the inherent instability, nonholonomic constraints, and under-actuated mechanism. Dynamical model of two wheeled self-balancing robot can be presented by a set of highly coupled nonlinear differential equations. Authors, previously, developed the modified dynamical equations of the robot. The governed equations have some differences with the commonly used equations. The main difference is due to the existence of a nonlinear coupling term which is neglected before. In this paper we used an adaptive sliding-mode controller based on the zero dynamics theory. The controller objective is to drive the two wheeled self balancing robot to the desired path as well as to make the robot stable. By some simulations the behavior of the robot with the proposed controller is discussed. It is shown that if the nonlinear coupling term is ignored in designing the controller, the controller cannot compensate its effect. Using Lyapunov theorem and the invariant set theorem, it is proved that the errors are globally asymptotically stable.
    Keywords: Two, wheeled self, balancing robot, modified dynamical model, adaptive, sliding mode controller, Lyapunov theorem, invariant set theorem
  • Hossein Golparvar, Said Irani Pages 61-72
    In this paper flutter phenomena for a cropped wing with an external store using numerical and experimental methods in a subsonic and incompressible flight regime has been studied. Wing structure was modeled base on von Karman plate theory. A 3D time domain unsteady vortex lattice method was used for wing aerodynamic model and a slender body aerodynamic theory was used for store aerodynamic model. Finally, the aeroelastic governing equations with considering vibratory wing motion has been solved. The experimental tests were performed in an incompressible subsonic wind tunnel. Comparison of experimental results with theoretical analysis shows good agreement with each other especially in calculation of aeroelastic behavior of the wing. In continue, the effects of some parameters such as wing thickness, wing aspect ratio, store position, weight of the store, aerodynamic of the store, store vertical distance from under wing, and center of mass of the store on both flutter speed and instability boundary of the wing have been studied analytically and experimentally. The results show with both increasing aspect ratio and decreasing wing thickness, flutter speed will be decreased. Moreover, change in store position effects on flutter speed of the wing/store configuration. Aerodynamic of the store has no significant effect on flutter speed of the wing/store configuration and increasing store weight leads to increasing flutter speed. Change in center of mass of the store influences on flutter speed.
    Keywords: Aeroelasticity, Flutter, Wind tunnel, Cropped Delta Wing, Store
  • Arman Salimian, Ehsan Foroozmehr, Mohsen Badrossamay Pages 73-79
    Inducing compressive residual stress is one of the methods of improving fatigue life in metallic components. There are numerous and various methods for inducing compressive residual stress, such as shot peening and deep rolling. One of the most recent and most advanced methods for inducing compressive residual stress in industrial components is Laser Shock Peening (LSP). LSP is a relatively new and complex process, therefore, vast experimental investigations are needed for better understanding the process. For this purpose in the present work, an Nd: YAG Laser with 1200mJ of energy per pulse was used to investigate the LSP process experimentally on Al 6061- T6 alloy. The effect of process on the hardness beneath the surface, the microstructure, and the surface roughness was studied. In addition, in order to investigate the effect of the LSP process on a notch, a notched sample was treated using the LSP process. The results showed that the process could increase the hardness of the material up to 1000μm below the surface. Furthermore, the results showed that the surface roughness would slightly get increased, while this increase could be limited by properly selecting the process parameters. The LSP process of the notched sample showed that this process could lead to the growth of cracks in such samples.
    Keywords: Laser Shock Peening, Nd: YAG Laser, Compressive Residual Stress, Surface Roughness, Vickers Hardness
  • Ali Reza Shaterzadeh, Kamran Foroutan Pages 80-88
    Careful and numerical analysis eccentrically stiffened shells in the industry is a major step forward in the design of these shells. In this paper, a careful analysis of post-buckling behavior of eccentrically stiffened FGM thin circular cylindrical shells is surrounded by an elastic foundation and external pressure is presented. The two parameter elastic foundation based on Winkler and Pasternak elastic model is assumed. Stringer and ring stiffeners are internal. Shell properties and eccentrically stiffened are FGM. Fundamental relations and equilibrium equations are derived based on the smeared stiffeners technique and the classical theory of shells and according to von- Karman nonlinear equations. The three-term approximation for the deflection shape, including the pre-buckling, linear buckling shape and nonlinear buckling shape was chosen that using the Galerkin method, the critical load and post-buckling pressure-deflection curves is calculated. The effects of different dimensional parameters, buckling modes, volume fraction index and number of stiffeners are investigated. Numerical results show that stiffeners and elastic foundation enhance the stability of the shells. Increasing the shell thickness, reducing the volume fraction index, raising the number of Stringer and ring stiffeners and applying foundation elastic, causes the critical buckling load is increased, too.
    Keywords: FGM cylindrical shell, Nonlinear analysis, Stiffened cylindrical shell, Post, buckling
  • Reza Nazemnezhad, Kamran Kamali, Sharokh Hosseini Hashemi Pages 89-97
    In this study, by modeling van der Waals (vdWs) interactions based on the Lennard-Jones potential function interlayer tensile-compressive and shear moduli of bilayer graphene sheets are analytically calculated. To this end, by varying potential depth parameter which shows the strength of vdWs interactions a new model is presented for calculating interlayer in-plane and out-of-plane moduli for two different stacking patterns. In order to determine the interlayer vdWs moduli, a small flake of monolayer graphene is sliding on a large monolayer graphene substrate and accordingly variations of vdWs forces as well as the interlayer shear and normal strains are recorded. The relative displacements of layers cause linear strain and stress. In the model, bilayer graphene geometry (being armchair or zigzag, and stacking pattern) and potential depth parameter are two important parameters for determination of vdWs moduli. The accuracy of the method is verified by comparing the present results with those reported in literatures. Finally, close-form relations for interlayer tensile-compressive and shear moduli of vdWs interactions versus the depth potential parameter are presented for ABA and AAA stacking patterns as well as zigzag and armchair directions. It is observed that the interlayer moduli have linear relation with the potential depth parameter.
    Keywords: Geometrical, analytical method, Bilayer graphene, Van der Waals interactions, Shear modulus, Tensile, compressive modulus
  • Younes Javid, Majid Ghoreishi, Mohammad Javad Torkamany Pages 98-106

    Laser processes are widely used for surface properties improvement of parts and components. Laser cladding, using laser as heat source, is an innovative method that can be used for improving surface properties. In this investigation, preplaced technique of laser cladding process of WC powder on Inconel 718 using pulsed Nd:YAG laser is studied. A number of parameters affect the energy density in the process, ultimately affecting the clad quality and geometry. In this study, laser average power, pulse width, focal distance, scanning speed and pre- placement factors are input parameters, while clad dilution, fusion depth, porosity and number of cracks are outputs. It is observed that hard phases are formed on Inconel surface in-situ by laser beam radiation and small changes are made in the substrate properties in a limited zone. Experimental results reveal that energy density of the laser beam is the most important factor affecting the number of cracks in laser cladding process. Also, dilution and porosity are highly affected by laser average power. Furthermore, in multi-pass laser cladding process, 50% overlap between adjacent passes has good results. Experimental results show that by concise arrangement of input parameters, one can achieve to an optimum clad layer. Thus, laser cladding process can efficiently supersede other conventional methods.

    Keywords: Laser cladding, Preplace, Dilution, Energy density
  • Reza Tarinejad, Mehran Pourgholi Pages 107-118
    The presence of environmental and measurement noises and ignoring the input effects are the main sources of error in system identification using ambient vibration test results. Therefore, reducing uncertainty or noise levels from the records has always been one of the main goals of the new techniques in the field of ambient vibration. Among the modal analysis techniques, stochastic subspace identification is considered as a powerful technique. In this study, the modal analysis method based on canonical correlation analysis in stochastic subspace is presented that identifies dynamic properties in optimized space instead of data space by extracting ortho-normal vector of data space. The advantage of this method, due to the nature of canonical correlation analysis, is lower noise which results in greater accuracy in estimating modal properties. Moreover, the presented process is faster due to the smaller space of identification compared to the previous methods. To validate the proposed method, an analytical model of two-dimensional frame excited under Elcentro earthquake acceleration and also the results of ambient vibration tests carried out on the Alamosa Canyon Bridge are used. The results indicate that this method eliminates more noise than other subspace methods and moreover it is faster in solving practical problems. The computation of dynamic properties, natural frequencies and mode shapes, of Alamosa Canyon Bridge with 30 sampling sensors, space matrix size of 750 and 50 excited modes are carried out in less than 150 seconds with a quad-core 2.30 GHz processor.
    Keywords: Subspace, Canonical Correlation Analysis, State Space, Hankel Marice
  • Hamed Rahmatipour, Ahmad Reza Azimian Pages 119-130

    Fluid flow through channels and ducts in nano scales is an important issue which needs numerical simulations for better analysis of fluid behavior because of the limitations of experimental methods. Hence, in the present study Molecular Dynamics simulation is used as a precise method for molecular scale problems to investigate fluid behavior. This method which is based on Newton’s second law, is applied to investigate liquid Argon flow in steady Couette flows through smooth and rough nanochannels. Using LAMMPS software, were performed simulation. In the present study, the fluid velocity and fluid slip in steady Couette flows were obtained to investigate various effects including: wall velocity, channel height, wall density, fluid-wall interaction, and surface roughness with different shapes such as rectangular and triangular in different dimensions. Based on the results, an increase in wall velocity increases the fluid slip velocity. For velocity constant values, an increase of channel height will decrease the fluid slip velocity. In steady Couette flow, decrease of wall density will result in decrease of fluid slip velocity. Reducing the energy parameter between fluid and wall will increase the fluid slip velocity and on the other hand, decreasing the fluid-wall length parameter will decrease the fluid slip velocity. The rectangular and triangular roughness at the bottom wall reduces the fluid slip velocity, and an increase of roughness height will further decrease the fluid slip velocity.

    Keywords: Molecular Dynamics Simulation, Couette Flow, Surface Roughness, Nanochannel
  • Morteza Sarvari, Mehdi Divandari Pages 131-138
    Applications of aluminium and magnesium castings have been increased, as a result of increasing demand for the light weight components in various sectors of industries, in recent years. In this work an Al/Mg bimetal was prepared by casting Al melt into a cylindrical Mg bush, with 35 mm height and 76 and 84 inner and outer inner diameter, rotating at 1200 and 1600 revolutions per minute (rpm), 0.9, 1.6 and 2.7 melt-to-solid volume ratio and 30, 120, 150 and 200 oC preheating temperature, respectively. Vertical centrifugal casting process was selected for producing samples. In this process melt is under effect of centrifugal, coriolis and gravity forces during filling. Difference between shrinkage of Al and Mg led to the formation of mechanical bond in the interface. The results of scanning electron microscope (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) analysis showed that concentration gradient changes from Mg to Al side in such a way that three sub layers including Al3Mg2 and Al12Mg17 intermetallics plus eutectic microstructure (Al12Mg17 and δ), were formed, based on aluminium and magnesium phase diagram, in the interface.
    Keywords: interface, shrinkage force, mechanical bond, Al, Mg
  • Hessam Khafi, Habib Ahmadi Pages 139-148

    Finding a stable trajectory is amongst pivotal subjects for bipeds, which are a type of legged-robots. To mimic human gait, biped robots are basically complex because of having numerous Degrees of Freedom. The main goal of this paper is to design a stable trajectory of gaits for a 9 links robot via Zero Moment Point stability criteria. The robot used in this paper is composed of 16 active joints with two toe joint. One of the aspects of human walking to design longer strides is to use a status in which the foot is rotated about its toe joint. Here, a gait type is utilized whereas the entire sole of the support foot firstly touches the ground then rotates about its toe axis as an active joint. To achieve an initial admissible equation for robot motions, a constraint is used for initial guess of pelvis motion. Then, by using a novel algorithm, the trajectory of the joints is calculated. Finally, by considering Zero Moment Point and a trial-error algorithm, the desired trajectory of the biped robot is obtained.

    Keywords: Bipedal Robot, Kinematics, Dynamics of Robot, Zero Moment Point
  • Masood Aghakhani, Arash Nikzad Pages 149-159
    One of the quality characteristics of welded joints in gas metal arc welding (GMAW) is weld height (WH). This paper highlights an experimental study carried out to develop a model using artificial neural network (ANN), to predict WH in GMAW in the presence of TiO2 nano-particles. For developing the model, the arc voltage, welding current, welding speed, percentage of Ar in Ar-CO2 mixture and thickness of TiO2 nano-particles were considered as input parameters and WBH as the response. A Doehlert design matrix was employed in the experiments to generate experimental data. The ANN model was developed and validated by conducting five extra runs. The remarkable outcome of this study is the mechanism of arc constriction due to interacting effects between welding input parameters and TiO2 nano-particles. Moreover, the results showed that increasing thickness of TiO2 nano-particles up to almost 0.9 mm increased weld height whereas, its further increase up to 1.0 mm, decreased weld height subsequently. In fact, this variation in weld height could be due to thermal dissociation of TiO2 nano-particles and CO2 releasing oxygen onto weld pool surface, which influenced its surface tension and consequently, changed direction of the Marangoni convection of fluid flow in weld pool and as a result, affected WH. For ANN technique, MSEtrain=0.0066, MSEvalidation=0.0063 and MSEtest=0.0093. Finally, it is to be concluded that ANN is an accurate technique for predicting weld height.
    Keywords: TiO2 Nano, Particles, Doehlert Design Matrix, GMAW Process, Weld Height, Artificial Neural Network
  • Mahdi Zare Mehrjardi, Asghar Dashti Rahmatabadi, Reza Rashidi Meybodi Pages 160-172
    Oil journal bearings are one of the most common parts of high load carrying rotating machine. Stability of these bearings can be affected by various stimulus such as changes in loading and lubrication conditions. Therefore, identification of the dynamic response of journal bearings can improve the control and fault detection process of rotor-bearings systems and prevent them from placing in critical operation condition. Since past, the mass unbalance of rotor is proposed as an effective factor on the dynamic behavior and long life of bearings. For this reason, in this research the effects of this parameter on the stability of hydrodynamic two lobe noncircular journal bearing with micropolar lubricant is investigated based on the nonlinear dynamic model. To achieve this goal, the governing Reynolds equation is modified with respect to micropolar fluid theory and the equations of rotor motion are derived considering the mass unbalance parameter. The static and dynamic pressure distributions of the lubricant film and the components of displacement, velocity and acceleration of the rotor are obtained by simultaneous solution of the Reynolds equation and the equations of rotor motion. Investigation of results in terms of dynamic trajectory, power spectrum, bifurcation diagram and Poincare map show that the dynamic behavior of two lobe bearings appears in different manner with variation of mass unbalance of rotor. The response of analyzed dynamic system include converge oscillations to the equilibrium point, periodic, KT periodic and quasi periodic behavior and also divergent disturbances which leads to collision between the rotor and bearing.
    Keywords: Dynamic stability, Noncircular two lobe journal bearing, Mass unbalance of rotor, Micropolar lubricant, Bifurcation diagram
  • Davood Salimi, Majd, Morteza Helmi, Bijan Mohammadi Pages 173-180

    Polymeric Due to high strength to weight ratio of polymeric composites and their directional properties, they are extensively used in engineering, particularly in aerospace industry. However, the difference in material properties of composites makes their failure prediction complicated especially under cyclic loading. Present study is carried out to develop a new method for estimation of the intralaminar fatigue damage of fibrous composites based on continuum damage mechanics. In order to include the influence of microscopic defects in three material orientations, three internal material state variables namely damage variables are defined in thermodynamics framework. By considering a 3-directional damage propagation, suggested model is able to make a good prediction of laminated composites fatigue life. To achieve this, a closed form solution by energy method in framework of thermodynamics is presented. The solution is in a way to include the differences in damages of various directions yet maintaining the independency on the layup. The model is implemented in ANSYS software by using a user material code (Usermat). This method gives us an advantage to estimate the fatigue life of any laminate with arbitrary layup under different loading conditions only by having static and fatigue properties of a unidirectional ply. Characterization of constants of model is presented and they are also determined for a certain composite material. Comparison between the predicted results of proposed model and the available experimental data verifies the great precision of the model.

    Keywords: Fatigue life, Laminated composite, Continuum damage mechanics, Damage variable
  • Reza Kamyab Matin, Hojat Ghassemi, Abbas Ebrahimi Pages 181-187

    This article investigates experimental study of the flow field on a blunt airfoil. For this purpose, PIV technique based on instantaneous flow structures is used in order to view and two dimensional investigation of flow field around unmodified and blunt airfoil and at different times. This study is performed on flows at very low Reynolds number(Reynolds number lower than 4500). This flow regime is very similar to dominant condition on micro air vehicles (MAVs). In order to validate the method used in this study, flow field around cylinder is considered and in continue, instantaneous and mean velocities fields, streamlines and mean vortices field around unmodified and blunt airfoils are obtained. The results show that there are prominent differences on the structure of wake around airfoils and sizes of separation region for blunt and simple airfoils. Meanwhile separation of the flow for both blunt and simple airfoils at this very low Reynolds number, is occurred at angle of attack 5 (at low angle of attack). Also generation of vortex at wake region and their position and circulation at different times, are discussed.

    Keywords: PIV method, blunt airfoil, very low Reynolds number, Wake, instantaneous velocities
  • Ali Reza Rarivar, Mohammad Reza Zakerzadeh Pages 188-198
    The purpose of this paper is design, construction and the control of a two-wheel self-balancing robot. For this purpose firstly, a literature study is carried out on the history of manufactured self-balancing robots and the researches which have been done so far in this area are reported. In addition, the robot chassis with consideration of the size and material is analyzed; and the dynamic equations of the robot are computed according to the designed chassis. Then, the robot inertial parameters are measured through different experimental tests and these parameters are used in the equations. Also, the derived equations are simplified and the transfer functions are evaluated for considering the stability of the robot. In this self-balancing robot, the simplified Kalman and complementary filters are used for identifying of the bias angle from the vertical position by combination of data obtained from accelerometer and gyroscope sensors. The PID controller and the robot transfer functions are simulated in MATLAB software. Then, the controller gains are obtained for the stability of the constructed robot. These gains are computed by PID tuning toolbox of MATLAB software as well as theoretically, and the results in each method have been compared with each other. Finally, the robot control electronic circuit is designed for analyzing the results through AVR microcontroller, while angle identification sensor is used.
    Keywords: Two, wheel Robot, PID controller, Kalman filter, Accelerometer, Gyroscope
  • Habibollah Fateh Nobandegani, Kiumars Mazaheri Pages 199-208

    Cement rotary kilns are extensively used to change raw material into clinker. This is a complex process and consists of many different phenomena such as bed material reactions, gas phase turbulent combustion and radiation in a rotary drum, and thermal-mass interactions between them. Using CFD, the two-dimensional numerical simulation of cement rotary kiln was performed in the present study. This model included gaseous fuel combustion, bed material reactions, and radiation heat transfer in the kiln. Using this model and parallel processing network, combustion models (PaSR, EDM and mixture fraction) in the cement kilns are investigated. Due to the high Damkohler number in the cement kiln (0.7<Da<17), selecting the appropriate combustion model is difficult. Among the combustion models that were studied, it was found that the PaSR model is the slowest and mixture fraction model is the fastest model whereas the both models predict physics well.

    Keywords: Cement Rotary Kiln, CFD, Combustion Models
  • Yaghoob Dadgar Asl, Mehdi Tajdari, Hassan Moslemi Naeini, Behnam Davoodi, Roohollah Azizi Tafti, Valiollah Panahizadeh Rahimloo Pages 209-214

    One of the most important issues in the review of cold roll forming process of metals is estimation of required torque. The optimum production line can be designed by determining the effective parameters on torque. Some of these parameters are sheet material and thickness, bending angle, lubrication conditions, rolls rotational speed and distance of the stands. The aim of this study is to predict amount of required torque considering the factors influencing torque, including thickness, yield strength, sheet width and forming angle using artificial neural network. So the forming process was 3D simulated in a finite element code. Simulation results showed that with increase of yield strength, thickness and forming angle, applied torque on rolls will increase. Also the increase in sheet width -assuming constant web length- will decrease the torque needed for forming. The effects of thickness and sheet width were experimentally investigated which verified the results obtained by finite element analysis. A feed-forward back-propagation neural network was created. The comparison between the experimental results and ANN results showed that the trained network could predict the required torque adequately.

    Keywords: Cold roll forming, Torque, Artificial Neural Networks(ANN), FEM
  • Moosa Belali, Owsia, Seyyed Jamal Hosseinipour, Mohammad Bakhshi, Jooybari, Abdolhamid Gorji Pages 215-226
    In recent years the use of metallic bipolar plates for fuel cells is considered. Several studies have been conducted on the various methods of forming these plates. Most of this research has been done on the serpentine flow fields. While in some cases that the pressure drop is important factor, the pin-type flow fields shows good performance. In this research, hydroforming of metallic bipolar plates with circular pin-type pattern from stainless steel 304 with 0.11mm thickness is investigated experimentally and numerically. For this purpose, the effect of geometrical parameters such as the die wall angle, the die chamfer dimension, the depth-to-width ratio of the die, and forming pressure on the profiles, filling percent, thickness distribution and thinning percent of the formed parts are investigated. In this regard, two dies with wall angle of 0 and 15 degree were prepared. Then experimental tests were done at different pressures. After performing the required tests, the results show that the die wall angle leads to a more uniform thickness distribution and higher precision of the parts profile. Also the suitable range of die geometrical parameters was determined.
    Keywords: Metallic bipolar plates, Hydroforming, Wall angle, Forming pressure, Chamfer dimension
  • Hassan Karimi, Babak Afzali Pages 227-238
    Hartmann-Sprenger tube is a device in which an under-expanded jet enters a closed-end tube which is placed in a specific distance from the nozzle. Because the tube is closed at its end and the jet flow continues, the oscillating flow could produce an intensive heat in the taped gas inside the tube. The present study focuses on the numerical analysis of the flow in various phases of the oscillatory process in a sample resonance tube. First, the numerical model is generated with respect to the physical knowledge of the problem. Then, the problem is solved numerically and the results will be discussed in various steps of the process. Numerical results are in good agreement with the experiments. The analysis shows that the process consists of two major phases; the transient flow and semi-steady flow. In the transient phase, the changes are more violent than the second phase. On the other hand, the amount of heat generation and dissipation is different in these two phases. In Fact, the most important factor in the heat generation process is the compression waves passing through the points inside the tube; which is repeated periodically. Also, the main mechanisms for heat dissipation in the tube are the mass displacement and the heat transfer from the walls. Finally, the flow analysis will lead to increasing the insight for the flow and heat generation mechanism in a Hartmann-Sprenger tube and decreasing the uncertainties.
    Keywords: Hartmann, Sprenger Tube, Intensive Heat Generation, Compression Waves, Resonance Tube
  • Mohammad Reza Ansari, Reza Azadi, Sahar Kiani Haghgu Pages 239-247
    Present research has been done with the aim of investigating hydrodynamic behavior of slug flows in a transparent acrylic tube with inner diameter of 40 mm and height of 3.33 m. The vertical experimental system constructed in Two-Phase Flow lab in Tarbiat Modares University was used to perform needed experiments. By using image processing technique, recorded movies of flow structures were analyzed and some important characteristics of slug flow such as length and velocity of Taylor bubbles and liquid slugs between them were extracted. In addition, the average path line of Taylor bubble nose was computed in a proper range of the tube length. The acquired probability density functions show that there is a direct relationship between the increasing of Taylor bubble length and liquid slug length moving after it. Also rising velocity of shorter Taylor bubbles is more than longer ones. Results show that bubble nose does not violate ± 20 % around the center line of the tube. An experimental correlation based on the Taylor bubble velocity and total superficial velocities of phases is presented which shows that the famous Nicklen correlation does not work well for this tube diameter.
    Keywords: Two, phase flow, vertical pipe, Taylor bubble, Liquid slug
  • Abbas Shafiee, Mohammad Taghi Ahmadian, Hesam Hoursan, Maryam Hoviat Talab Pages 248-260

    Traumatic brain injury (TBI) has long been known as one of the most unspecified reasons for death around the world. This phenomenon has been under study for many years and yet questions remain due to its physiological, geometrical and computational complexity. Because of the limitations in experimental study on human head, the finite element human head model with precise geometric characteristics and mechanical properties is essential. In this study, the visco-hyperelastic parameters of bovine brain are extracted from experimental data and finite element simulations which are validated by experimental results. Then a 3D human head including brain, skull, and the meninges is modeled using CT-scan and MRI data of a 30-years old human. This model is named “Sharif University of Technology Head Trauma Model (SUTHTM)”. After validating SUTHTM, the model is then used to study the effect of G acceleration. Damage threshold based on consciousness in terms of acceleration and time duration is developed using HIC and Maximum Brain Pressure criteria. Results revealed that Max. Brain Pressure ≥ 3.1 KPa and HIC ≥ 30 are representative of loss of consciousness. Also, 3D domains for the loss of consciousness based on Max. Brain Pressure and HIC criteria are developed.

    Keywords: Traumatic Brain Injury (TBI), Finite Element Analysis (FEA), Visco, Hyperelastic, Acceleration, Loss of Consciousness
  • Reza Naderi, Abdolghafoor Khademalrasoul Pages 261-273
    Extended finite element method (X-FEM) has been recently emerged as an approach to implicitly create a discontinuity based on discontinuous partition of unity enrichment (PUM) of the standard finite element approximation spaces. Despite numerous progresses in mesh generating updating of finite element mesh during crack propagation remain extremely heavy and difficult. This problem becomes more complicate, when there are many discontinuities in the finite element domain. However, the extended finite element method (X-FEM) in the combination with level set method (LSM) could overcome this cumbersome issue. In this contribution, predefined cracks and internal boundaries are created using level set functions and also the effects of soft/hard inclusions (interfaces) and voids are considered on crack propagation schemes. In fact, the interaction of crack and heterogeneities are considered. The level set functions are utilized to represent the locations and the evolutions of internal interfaces. In addition, the stress intensity factors for mixed mode crack problems are numerically calculated by using the interaction integral method. Different crack growth paths are simulated automatically for different oriented edge and center cracks and the interactions of internal boundaries on crack propagations are shown. All numerical examples are demonstrated the flexibility and capabilities of X-FEM in the applied fracture mechanics.
    Keywords: Extended Finite Element Method, Level Set Method, Interfaces, Void, Crack propagation
  • Mohammad Ghaderi, Mehdi Salmani Tehrani Pages 274-284
    In this paper, elastic-plastic buckling of a thick rectangular plate has been investigated based on both Incremental (IT) and Deformation (DT) plasticity theories. Uniform biaxial edge traction was assumed as the plate loading while simply supported as the boundary conditions. Integral uniqueness criterion has been minimized to determine the critical buckling traction. Based on Rayleigh-Ritz method, a linear combination of polynomial base functions, which satisfy the geometrical boundary conditions, has been used as the trial functions for rotations and transverse deflection. To validate the analysis, the results for the Mindlin plate theory have been compared with the previously published results and a very close agreement has been observed. Then the effects of thickness ratio, aspect ratio and also different biaxial traction ratios on the buckling traction have been investigated. The results show that for the problem considered here, very close critical buckling traction is predicted by the both Mindlin and sinusoidal plate theories. This implies that Mindlin plate theory is sufficiently accurate to predict critical buckling traction in this problem. Moreover when the loading is gradually changed from biaxial into uniaxial compression or when the thickness-ratio is increased, the difference between the two theories is also increased. Also for compression-tension loading case, the critical buckling traction predicted by deformation theory is much less than the incremental theory.
    Keywords: Elastic, Plastic Buckling, Thick Rectangular Plate, Sinusoidal Higher, Order Shear Deformation Theory, Rayleigh, Ritz Method
  • Mohammad Navabi, Sina Soleymanpour Pages 285-296
    Attitude control of spacecraft is one of the most important issues in aerospace. Different control method for this purpose were proposed that each of these controllers have different behavior against disturbances. One of these methods is backstepping which is divided to adaptive and nonadaptive techniques. Since the spacecraft equations are nonlinear, linear control methods will not work in this case so the nonlinear control methods should be used. The modular adaptive backstepping method is a nonlinear adaptive control method and has a parameter update law that we can use different estimators to estimate system’s unknown parameters in this method. It is also possible to reduce the differentiation load of virtual control laws by using the command filtering method. In this paper, contrary to other works which mostly use discrete command filtering method, we use continuous command filtering method which the natural frequency and damping coefficient can be determined to bring down the computation of the time derivatives of virtual controls laws to differentiation. In this paper, after deriving spacecraft equations in terms of Modified Rodrigues Parameters, we design two stable attitude controllers for spacecraft using standard and command filtered modular adaptive backstepping methods and prove the stability of system using the Lyapunov theory and then simulation results of these controllers are compared with each other. Simulation results show good attitude tracking accuracy and success of adaptive backstepping method in having robustness against disturbance torque is proved
    Keywords: Adaptive Control, Modular Backstepping, Spacecraft
  • Jafar Jamaati, Ali Reza Farahinia, Hamid Niazmand Pages 297-306

    In this article numerical simulation of electroosmotic flow in heterogeneous microchannel is performed using approximate model of Helmholtz-Smoluchowski in which the effect of electric field on the fluid flow is applied through a slip boundary condition. Solving the concentration equation, the mixing performance of microchannels with heterogeneous zeta-potential is studied both qualitatively and quantitatively. This study shows that combining the electroosmotic and pressure-driven flows in a single microchannel with proper arrangement of the heterogeneities can easily lead to design of electroosmotic micromixers with adjustable mixing performance. The mixing behavior of such micromixers is dominated by the arrangement of zeta-potential distribution as well as the applied external pressure drop. In this article we introduced relative mixing performance and mixing capacity rather than well-discussed factor of mixing performance in order to perform a thorough analysis of mixing. Using these factors, it is found that presence of heterogeneities has a small augmentation on mixing performance when the pressure drop is extremely small or large. Therefore, performance of micromixers with combined flow of electroosmotic and pressure-driven has an optimum point. Furthermore, it is seen that asymmetric level of the charge pattern is more effective on the mixing performance compared to absolute values of wall charges. This promises proper mixing even when surfaces with moderate zeta-potential are used in micromixer.

    Keywords: Micromixer, Electroosmotic Pressure, driven Flow, Helmholtz, Smoluchowski Model, Non, homogenous charge pattern
  • Amir Refahi Oskouei Pages 307-312
    Materials are often damaged during the process of detecting mass fractions by traditional methods. In this work, acoustic emission (AE) technology combined with wavelet packet analysis is used to evaluate the mass fractions of graphite/ epoxy composites. Attenuation characteristics of AE signals across the composites with different mass fractions are investigated. The AE signals are decomposed by wavelet packet technology to obtain the relationships between the energy and amplitude attenuation coefficients of feature wavelet packets and mass fractions as well. Furthermore, the relationship is validated by test samples. The results show that the lower proportion of graphite will correspond to the less attenuation. The attenuation characteristics of feature wavelet packets with the frequency range from 125 kHz to 171.85 kHz are more suitable for the detection of mass fractions than those of the original AE signal. The error of the graphite mass fraction calculated by the feature wavelet packet (1.9%) is lower than that of the original signal (4.75%). Therefore, the AE detection base on wavelet packet analysis is an ideal NDT method for evaluate mass fractions of composite.
    Keywords: Acoustic Emission, Mass fractions, Wavelet Packet, Non, destructive testing, Attenuation
  • Rouhollah Ahmadi, Tomio Okawa Pages 313-320
    In this study, bubble dynamic and the mechanisms to cause net vapor generation (NVG) were explored experimentally in a rectangular vertical upward subcooled flow boiling under atmospheric pressure, and new results was found on various conditions of surface wettability. In the course of observation, two different vapor bubble behavior were observed and in low void fraction region new mechanism for incipience of net vapor generation was proposed. On a hydrophilic heated surface, at boiling incipience all the bubbles were lifted off the heated surface at atmospheric pressure and immediately collapsed in the subcooled liquid. On the contrary, when the surface was hydrophobic, bubbles mostly stuck on the nucleation sites at ONB condition. Furthermore, in this study, experiments were performed using rather hydrophilic and hydrophobic heated surface to propose the new mechanisms of NVG. An important result revealed in this work was that on a hydrophobic heated surface with high contact angle around 90°, bubble departure from all the nucleation sites which is a necessary condition to cause NVG, occurs in proximity to onset of significant void (OSV). The direct cause of OSV for the hydrophilic and hydrophobic surfaces was reattachment of lift-off bubble to heated surface, but bubble departure from nucleation sites was a good indication of OSV at hydrophobic surface.
    Keywords: subcooled flow boiling, incipient point of net vapor generation (NVG), bubble dynamics, visual investigation
  • Mehran Heshmati, Jamal Zamani Pages 321-328
    One way to convey the occurrence of explosion under water and its effects on the structures is to use coning shock tube. By using a small explosive, this tube causes high pressure. In this essay, by suing LS-DYNA code, the explosion of a subsidiary amount of an explosive in the conning shock tube has been scrutinized. A numerical simulation has been done by using the MMALE (Multi Material Arbitrary Eulerain Lagrangian) solving method. To verify the validity of the selected method in software, first, the empirical tests performed by LeBlanc and Shukla is simulated. After assuring of the precision of the results, simulation of the desired problem is performed. In this research, first, the effect of the angel of the cone's head in the caused pressure inside the tube has been checked. Then, the operation of shock tubes with different lengths is checked. At the end, with the conversion of the weight of explosive, the study of the results and the reasons of the conversions in each parameter, a bond for the equivalent mass for all the shock tubes with different angels is represented and the bond for the present theory has been revised.
    Keywords: Shock Tube, Under Water Explosion, Multi Material ALE, Shock Wave
  • Saman Menbari, Faramarz Ashenai Ghasemi, Ismail Ghasemi Pages 329-335
    In this study, the mechanical properties of PP/Graphene and PP/Talc/Graphene hybrid nanocomposites compared. All samples were prepared by melt mixing technique using an internal mixer. The coupling agent between filler and matrix was Maleic anhydride grafted polypropylene. For PP/Graphene binary nanocomposites, by adding 0.75wt. % Graphene, elastic modulus, tensile and impact strength were increased. In higher amounts of Graphene, modulus was increased while tensile and impact strength were decreased. For PP/Talc/Graphene hybrid nanocomposites, adding 15% wt. Talc to PP caused an increase in elastic modulus and a decrease in tensile and impact strength. Furthermore, after adding Graphene to PP/Talc, elastic modulus, tensile and impact strength were increased. In higher amounts of Graphene (0.75 to 1.5% wt.), tensile and impact strength were decreased. The morphology of the samples was characterized by using Scanning Electron Microscopy (SEM) technique and crystallinity behavior was characterized by Differential Scanning Calorimetry (DSC). The SEM micrographs shows that there is no good adhesion between talc and PP matrix. Also from SEM, in higher amounts of Graphene, its plates stack together. The DSC result shows that talc has no considerable effect and Graphene has negative effect on the crystallinity. The results showed that hybrid nanocomposites containing 15% wt. Talc and 1.5% wt. Graphene had highest elastic modulus while PP/Graphene nanocomposites containing 0.75% wt. Graphene had highest tensile and impact strength.
    Keywords: Graphene, Talc, Polypropylene, Nanocomposite, Strength
  • Mahdi Bamdad, Farzin Taheri Pages 336-344
    In this paper, a hybrid model which consists of planar parallel robot with a 2-DOF arm is presented. This manipulator is based on cable parallel robots and a kinematic serial chain is utilized and added to a cable parallel chain. The hybrid manipulator can provide features of both serial and parallel mechanism. Understanding the orientability of the end-effector within this workspace gives a measure of the ability of the robot to perform manipulation tasks. Most underactuated parallel manipulators have a low rotational capability. To overcome it, this paper focuses its attention on a new family of serial-parallel manipulators. The initial goal of this design is to increase the orientability capability of a planar two-cable robot. The kinematic and dynamic analysis of this new type hybrid manipulator is presented. The dynamic modeling is performed by using a combination of Lagrange and Newton-Euler methods. This paper conducts the dynamic trajectory planning study to a novel design for the cable robots. In fact, time optimal trajectory planning is a strategy that is used to verify this new design. Two models are considered in the simulation part. A novel hybrid model is compared to a planar parallel cable robot. It is verified that the proposed design allows significantly reduced actuation energy and improved orientability capability compared to the parallel robot.
    Keywords: Cable robot, dynamic, Design, optimization, Hybrid model
  • Seyed Morteza Hosseini, Mahmoud Shariati Pages 345-352

    In this paper, Taguchi statistical method is implemented in the design of energy-absorbing composite shell structures with cylindrical geometry. Six energy-absorbing structure design parameters considered in this study are: geometric parameters including internal diameter, length and thickness; the other parameters are the stacking sequence of layers, fiber reinforcement type and manufacturing process. The first three parameters and the remaining ones have four and two levels respectively. So the orthogonal array L16 (4 ** 3 2 ** 3) was used for analysis of Taguchi. The purpose of design of experiment in this study was to maximize the amount of specific energy absorbed in the structure. The result shows that the stacking sequence of layers and geometry parameter include internal diameter and thickness had an effect on the opposite side, the other parameters had Minimal effect on specific energy absorbing. The first three parameters had most important role in design of energy absorbing structures. Another important result of this analysis was to determine the optimal characteristics of composite energy absorbing shells with stacking sequence of layers (90/0), internal diameter 63 mm, thickness 2 mm, vacuum bag molding process (VB), the fiber reinforcement type carbon and the length 160 mm.

    Keywords: taguchi, specific energy absorption, cylindrical shell, composite structures
  • Mohammad Reza Bagheri, Mohammad Saeed Seif, Hamid Mehdigholi Pages 353-362
    The unsteady rotating force or dipole strength distribution, acting by the fan or propeller on the fluid, is predicted by inverse method. In this method, the far-field acoustic pressures are used in non-cavitating condition. In this paper, the far-field acoustic pressures are obtained from Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) equations using computational fluid dynamic (CFD) in specific hydrophone array and then the unsteady rotating force, acting by the propeller on the fluid, is obtained as the most important sound source in non-cavitating condition. The unsteady rotating forces are extracted using inverse method by analytical code in MATLAB. The correct solution is independence to the optimum select of regularization parameter from transfer function; the transfer function represents relationship between the force coefficients and the far-field acoustic pressure. Therefore, the appropriate range of regularization parameter should be choice in order to an ill-conditioned problem from transfer function is solve. The analytical code is solved for different regularization parameters and then the unsteady rotating forces are obtained for three sections on the blade surface. The inverse method could be used for dipole strength distribution calculation as the most important sound source in non-cavitating condition in order to design the noiseless of marine propeller.
    Keywords: Unsteady Rotating Force, Far, field Acoustic Pressure, Ffowcs Williams, Hawkings (FW, H) Equations, Transfer Function, Computational Fluid Dynamic (CFD)
  • Nima Jamshidi, Mehrdad Poursina, Vahid Malekmohammadi Faradonbeh Pages 363-370
    Study on the mechanism of movement of animals has always been an important activity in academic researches. In recent decades the study of the motion of swimming and jumping in frogs and simulate the movements increased. on the work ahead by Modeled of how the study of the anatomy of frog leg muscle, a mechanism is designed to simulate the natural movement of the foot frog with just one operator. Provide a geometric approach to mechanism design, frog legs move according to the joint angles of the design. The major angular changes in the mechanism based on changing the angle of the frog's natural movement. Actuator has sinusoidal Circular motion and frog motion cycles can be created with different frequencies. Required frequency for Actuator obtains by given the speed linear motion of foot in a natural movement. Also by enter the drag force and the force generated by the foot frog swimming is simulated. Required torque for actuator is obtained by velocity and acceleration of motion. The results of simulations and compare them with results from the natural movement of the frog, represents the high resolution of mechanism to mimic the real motion of the leg and the frog swimming and matching the values of velocity and acceleration and the drag force and the axial force. According to the results, the designed mechanism can be used to simulation movement of different types of frogs in the swimming.
    Keywords: Frog, design of mechanisms, simulation, dynamic, robot
  • Mostafa Dehghani, Hossein Ajam, Saeed Farahat Pages 371-384
    In order to assess the effect of turbulence models in prediction of flow structure with adverse pressure gradient, steady state Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations in an annular axisymmetric diffuser are solved. After selection of the best turbulence model, an approach for the shape optimization of annular diffusers is presented. The goal in our optimization process is to maximize diffuser performance and, in this way, pressure recovery by optimizing the geometry. Our methodology is the optimization through wall contouring of a given two-dimensional diffuser length and area ratio. The developed algorithm uses the CFD software: Fluent for the hydrodynamic analysis and employs surrogate modeling and an expected improvement approach to optimization. The non-uniform rational basic splines (NURBS) are used to represent the shape of diffuser wall with two to ten design variables, respectively. In order to manage solution time, the Kriging surrogate model is employed to predict exact answers. The CFD software and the Kriging model have been combined for a fully automated operation using some special control commands on the Matlab platform. In order to seek a balance between local and global search, an adaptive sample criterion is employed. The optimal design exhibits a reasonable performance improvement compared with the reference design.
    Keywords: Annular Diffuser, Turbulence Models, Kriging Surrogate Model, Expected Improvement Approach, NURBS Parameterization
  • Azam Arefi, Hassan Nahvi Pages 385-391
    Nanotechnology has great potential applications in many fields such as chemistry, physics, material science, etc. In the recent years, due to the extraordinary properties of nanostructures, they are used in a wide range of nanodevices such as nanosensors, nanoactuators and nanocomposites. The effect of size on mechanical behavior of nanostructures whose size is comparable with molecule distances is important. Considering that classical continuum models are free scale and cannot capture the size effects, nonlocal continuum models are used for the analysis of mechanical properties of nanostructures. The nonlocal elasticity theory assumes that the stress at a reference point in the body depends not only on strain at that specific point, but also it depends on the strain at all other points. So, this theory contains long range interaction between atoms and internal scale length. This theory is capable to predict behavior of nanostructures without solving complicated equations. In the present work, the effect of considering small scale on the buckling of nanorings is studied. Governing equations are derived based on the nonlocal elasticity theory using the virtual displacement method and Hamilton's principle. Shear effect is achieved by Timoshenko beam theory. The governing equations are solved analytically. The effects of nonlocal parameter, radius, radius to thickness ratio and buckling mode number on the buckling loads of the nanorings are investigated.
    Keywords: Nanoring, Nonlocal elasticity theory, Shear effect
  • Alireza Naddaf Oskouei, Hossein Khodarahmi, Moslem Sohrabi Pages 392-402
    A numerical and experimental study of the collapse and energy absorption behavior of thin-walled end capped conical shells under dynamic loading is presented in this paper. Among the structural components, the truncated conical shells whose energy absorption characteristics are better than others are used. In order to carry out the designed tests, a drop hammer machine has been used. Also in numerical part, Abaqus software capabilities have been applied. In this article, the effect of the velocity and mass of the hammer on the collapse behavior of these samples has been investigated. Moreover, by placing the cone reversely, the force effect on the collapse behavior evaluated and analyzed. Also, the multiple sets of cones as energy absorbing system are analyzed numerically. For the samples, mode of collapse of diamond with quadrilateral pattern was obtained and a very good agreement with experimental results was recorded. The results shows that the change of wall thickness has the most influence on the collapse behavior of these shells. So that with a 20% reduction of shell thickness, maximum force had 34.5% and the average force collapse 39.3% reduction.
    Keywords: Collapse behavior, Conical shells, Diamond mode, Quadrilateral pattern
  • Ali Jafargholi, Hassan Karimi, Seyed Reza Mousavi Firdeh Pages 403-414

    In this paper, the algorithms for low frequency non-linear dynamic modeling and frequency model determining of LPRE is presented. Considerations that facilitate modeling and debugging processes is also investigated. Using of defined algorithms and also presented considerations is considered for a liquid propellant engine with oxidizer and fuel tanks. Describing equations of LPE is classified as many subsystems. Simulation is done in the SIMULINK environment of MATLAB software. Each simulated subsystem show one or more physical subsystem that their interaction is determined in LPE configuration modeling results demonstrate excellent dynamic behavior of LPE.Then SISO engine model in frequency domain is outcome based on resulted non-linear model of LPE using describing function. Frequency response code is developed for derivation of engine frequency model. Adequate frequency interval and input or excited signal amplitude are selected regarding LPE operating modes. In next step, frequency model is derived by stimulation of non-linear dynamic model with sinusoidal inputs includes considered amplitudes and frequencies. This subject is done by integration and engine output obtaining and Furrier integrals calculation at time that output get to steady state. Then system gains and phases calculation is done at the various amplitudes and frequencies for obtaining describing functions models. Frequency model evaluation characterized that can provide more efficient, simple and adequate conditions for analysis of LPE dynamics.

    Keywords: LPE, nonlinear model, frequency domain, describing function, input amplitude
  • Mahmood Norouzi, Mohammad Reza Shoghi Pages 415-425
    The viscous fingering instability of miscible non-Newtonian flow displacements in anisotropic porous media is studied. This instability was studied in a rectilinear Hele-Shaw cell and the shear-thinning character of the fluids has been modeled using the Carreau-Yasuda constitutive equation. In particular, the role of anisotropic properties of porous media including permeability and dispersion and also rheological parameters of non-Newtonian fluid is investigated through nonlinear simulation. In non-linear simulations, a spectral method based on the Hartley transforms are conducted and allowed to compare several non-linear finger interactions were observed in simulation. In this paper, three types of displacement are considered. In the first one, the displacing fluid and the displaced one are Newtonian and in the next two types of displacement, one of the displacing fluids or the displaced one is non-Newtonian. The evaluation of mixing length, sweep efficiency and transversely average concentration are examined for two different types of displacement where the displacing or the displaced phase were shear-thinning fluids and also for different anisotropic scenarios. The results indicate that in three types of displacement, the flow is more stable by increasing the anisotropic permeability ratio and also is more unstable by increasing the anisotropic dispersion ratio. Moreover, it’s concluded that in the case of the non-Newtonian fluid displaced the Newtonian fluid, by increasing the Deborah number and the power-law index, the more stable flow is obtained, while in the case of the Newtonian displaced the non-Newtonian one, the more unstable flow is obtained.
    Keywords: Viscous fingering instability, Anisotropic porous media, Shear, thinning fluid, Nonlinear simulation
  • Farajollah Zareh Jouneghani, Gholam Hossein Majzoobi, Ehsan Khademi Pages 426-434
    Residual stresses of those which remain in the material even after removing the entire external load. Residual stresses may be compressive or tensile depending on the type of the external loads. Compressive residual stresses improve the mechanical properties particularly the fatigue life of material. Compressive residual stresses can be induced by different techniques. Due to its easiness and low cost, deep rolling is one of the widely used techniques in industry to create compressive residual tresses. Deep rolling process is numerically simulated in this work and the effects of some important rolling parameters such as ball diameter, feed rate, penetration depth, and number of passes on the distribution of residual stress are investigated. Chaboche cyclic plasticity model is used in the simulations. The constants of the Chaboche model are calculated from the strain control cyclic tests on Al 7075. The results are validated using the experimental and numerical results reported in the literature. The results indicate that the depth and magnitude of the compressive residual stress increase with the ball diameter increase, depth of penetration and number of passes. Also, the value of residual stress and its uniformity decrease by increasing the feed rate. In addition, Chaboche cyclic plasticity model can simulate material behavior in a low cycle loading such as deep rolling and using finite element method instead of experimental methods for measuring residual stresses reduces cost and time of solution and reveals more depth of residual stress distribution.
    Keywords: Deep rolling, Numerical simulation, residual stress, Chaboche plasticity model